REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D’UN · REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT...
Transcript of REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D’UN · REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT...
Enginyeria Tecnica Naval en Propulsió i serveis del Vaixell
PROJECTE FINAL DE CARRERA
Enginyeria Tècnica Naval en Propulsió i Serveis del Vaixell
Autor: Raquel Cervera Lorente
Director: Pau Casals i Torrens
Juny, 2013
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D’UN
MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT
CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ
DE COURE EN EL COL·LECTOR
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 2 de 135
INTRODUCCIÓ ____________________________________________________________________________ 7
OBJECTIUS _______________________________________________________________________________ 9
GLOSSARI _______________________________________________________________________________ 10
1. CONDUCTORS I AÏLLANTS _____________________________________________________________ 11
2. CIRCUIT ELÈCTRIC ___________________________________________________________________ 11
2.1.1. INTENSITAT DE CORRENT ___________________________________________________________ 11
2.2. CORRENT CONTINU I ALTERN __________________________________________________________ 12
2.3. ENERGIA ELÈCTRICA. LLEI DE JOULE ______________________________________________________ 12
3. INTRODUCCIÓ A LES MÀQUINES ELÈCTRIQUES ___________________________________________ 13
3.1. NATURALESA DEL MAGNETISME ________________________________________________________ 13
3.1.1. El magnetisme i la teoria atòmica _____________________________________________ 13
3.1.2. Classificació de la matèria vers el seu comportament en camps magnètics ____________ 14
3.1.3. CORBA D’IMANTACIÓ. _______________________________________________________ 16 CICLE D’HISTÈRESI _______________________________________________________________________ 17
3.2. CAMP MAGNÈTIC __________________________________________________________________ 18
3.2.1. Camp magnètic generat per imants ____________________________________________ 18
3.2.2. Camp magnètic generat per càrregues en moviment ______________________________ 19
3.2.3. Camp magnètic generat per una espira _________________________________________ 20
3.3. MAGNETITZACIÓ I INTENSITAT DE CAMP MAGNÈTIC___________________________________________ 21
3.4. CORBES DE MAGNETITZACIÓ __________________________________________________________ 22
3.5. INTERACCIÓ ENTRE CORRENT I CAMP MAGNÈTIC _____________________________________________ 23
3.5.1. Força sobre una càrrega en moviment__________________________________________ 23
3.5.2. FORÇA MAGNÈTICA SOBRE UN CORRENT ELÈCTRIC _______________________________ 25
3.5.3. FORÇA MAGNÈTICA ENTRE DOS CONDUCTORS PARAL·LELS ________________________ 26
3.5.4. Força i parell sobre una espira ________________________________________________ 27
3.6. FLUX MAGNÈTIC ___________________________________________________________________ 28
3.7. CIRCUIT MAGNÈTIC _________________________________________________________________ 28
3.8. PRINCIPIS FONAMENTALS DE L’ELECTROMAGNETISME _________________________________________ 29
3.8.1. Inducció electromagnètica ___________________________________________________ 29
3.8.2. Força electromotriu induïda. Llei de Faraday ____________________________________ 29
3.8.3. Llei de Lenz ________________________________________________________________ 32
4. CLASSIFICACIÓ GENERAL DE LES MÀQUINES ELÈCTRIQUES _________________________________ 33
4.1. GENERADORS ELÈCTRICS _____________________________________________________________ 33
Generadors elèctrics de corrent alterna _____________________________________________________ 33 Generadors elèctrics de corrent continu ____________________________________________________ 33
4.2. TRANSFORMADORS ELÈCTRICS _________________________________________________________ 34
4.3. MOTORS ELÈCTRICS ________________________________________________________________ 34
5. MÀQUINA DE CORRENT CONTINU _____________________________________________________ 35
5.1. ELEMENTS CONSTRUCTIUS DE LES MÀQUINES DE CORRENT CONTINU _______________________________ 35
5.2. CONSTRUCCIÓ DEL ROTOR O INDUÏT _____________________________________________________ 35
5.2.1. Col·lector i escombretes _____________________________________________________ 36
5.2.2. Bobinat del rotor o induït ____________________________________________________ 37 5.2.2.1. Connexió dels segments de commutació _______________________________________________ 37 Debanats imbricats ______________________________________________________________________ 38 Debanat ondulat ________________________________________________________________________ 38
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 3 de 135
5.3. FUNCIONAMENT: COMMUTACIÓ _______________________________________________________ 39
Procés de transformació del corrent altern en continu _________________________________ 40
5.4. CORBES CARACTERÍSTIQUES I DE FUNCIONAMENT ____________________________________________ 42
5.5. RENDIMENT D’UN MOTOR DE CORRENT CONTINU ____________________________________________ 42
5.6. PÈRDUES EN ELS MOTORS DE CORRENT CONTINU ____________________________________________ 43 Pèrdues elèctriques o en el coure __________________________________________________________ 43 Pèrdues en les escombretes_______________________________________________________________ 44 Pèrdues en el nucli ______________________________________________________________________ 44 Pèrdues mecàniques _____________________________________________________________________ 44 Pèrdues disperses _______________________________________________________________________ 45
6. ÚS DEL MOTOR ELÈCTRIC DINS L’AUTOMOCIÓ ___________________________________________ 45
6.1. TIPUS DE MOTORS DE CC EN L’AUTOMOCIÓ ________________________________________________ 45
6.1.1. Motors per Sistemes de frenat ________________________________________________ 45 6.1.1.1. ESP/ABS MOTOR ___________________________________________________________________ 45 6.1.1.2. Motors per la bomba elèctrica en el buit (motors EVP) ___________________________________ 45
6.1.2. Motors per elements de tancament ____________________________________________ 46 6.1.2.1. Motors pel sostre solar______________________________________________________________ 46 6.1.2.2. Motors pel tancament de portes _____________________________________________________ 46 6.1.2.3. Motor alçavidres ___________________________________________________________________ 46
6.1.3. Motors per l’ajustament de seients ____________________________________________ 46
6.1.4. Motor per al flux d’aire ______________________________________________________ 46
6.2. SISTEMA DE REFRIGERACIÓ PER AIGUA ____________________________________________________ 47
6.3. ELEMENTS QUE COMPOSEN EL CIRCUIT DE REFRIGERACIÓ _______________________________________ 47
Radiador_______________________________________________________________________ 48
Bomba d’aigua _________________________________________________________________ 48
Termòstat _____________________________________________________________________ 48
Ventilador _____________________________________________________________________ 48
7. PLANIFICACIÓ AVANÇADA DE LA QUALITAT DEL PRODUCTE APQP __________________________ 48
7.1. FASES DE LA VIDA D’UN PROJECTE _______________________________________________________ 49
7.1.1. Fase 1: Selecció dels proveïdors _______________________________________________ 49 Plànols i especificacions de productes ___________________________________________________________ 49 Sol·licitud de cotització ________________________________________________________________________ 49 Reunió abans d’atorgar del producte a un proveïdor _______________________________________________ 49 Full de selecció de proveïdor (intern) ____________________________________________________________ 49
7.1.2. Fase 2: Validació del disseny __________________________________________________ 49
Llançament de l’Arxiu APQP ____________________________________________________________________ 49 Revisió tècnica _______________________________________________________________________________ 49 Objectius i riscos______________________________________________________________________________ 50 Estudi de viabilitat i el compromís _______________________________________________________________ 50 Anàlisi de capacitat ___________________________________________________________________________ 50 Construcció i validació de prototips______________________________________________________________ 50 Contracte i ressenya acord _____________________________________________________________________ 50 Congelació de disseny _________________________________________________________________________ 50 L'acceptació de l’arxiu APQP ___________________________________________________________________ 50
7.1.3. Fase 3: Procés de disseny i desenvolupament dels proveïdors _______________________ 50
Calibre/ Revisar / eines / equips ________________________________________________________________ 51 Definir embalatge_____________________________________________________________________________ 51 Maquinària llesta per la producció en sèrie _______________________________________________________ 51
7.1.4. Fase 4: Validació del producte i procés del proveïdor ______________________________ 51 Primera fabricació de peces fora de procés _______________________________________________________ 51
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 4 de 135
Prova de validació completa ____________________________________________________________________ 51 Aprovar sub-proveïdors PPAP___________________________________________________________________ 51 Realitzar auditoria de producció ________________________________________________________________ 51 Enviar PPAP __________________________________________________________________________________ 52 Aprovació PPAP ______________________________________________________________________________ 52
7.1.5. Fase 5: Gestió PQA (Assegurament de Qualitat del Producte) _______________________ 52
Pla d'Inspecció entrant ________________________________________________________________________ 52 Informe setmanal _____________________________________________________________________________ 52 Tancar arxiu APQP ____________________________________________________________________________ 53 Validar PQA __________________________________________________________________________________ 53
8. DESCRIPCIÓ DE LA MODIFICACIÓ EN EL CONJUNT MOTOR _________________________________ 53
9. PARÀMETRES QUE AFECTEN EN LA REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR: AMFE ____________ 54
9.1. AVANTATGES I BENEFICIS QUE COMPORTA L’ÚS DEL AMFE _____________________________________ 54
9.2. TIPUS D’AMFE ___________________________________________________________________ 54
AMFE DE DISSENY EN LA REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR ___________________________________ 56
AMFE DE PRODUCTE _________________________________________________________________ 57
AMFE DE PROCÉS ___________________________________________________________________ 58
10. ASSAJOS REALITZATS: DVP&R _______________________________________________________ 58
10.1. TIPUS DE PROVES A REALITZAR EN UN DVP&R ______________________________________________ 59 Proves de desenvolupament ______________________________________________________________ 59 Proves amb prototips ____________________________________________________________________ 59 Test de resistència _______________________________________________________________________ 59 Les proves d'acceptació __________________________________________________________________ 59
10.2. MÈTODES DE VERIFICACIÓ ____________________________________________________________ 59 Demostració ____________________________________________________________________________ 59 Inspecció _______________________________________________________________________________ 60 Anàlisi._________________________________________________________________________________ 60 Similitud. _______________________________________________________________________________ 60 Proves _________________________________________________________________________________ 60
10.3. DVP&R: REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR ___________________________________________ 61
10.4. ASSAJOS REALITZATS ________________________________________________________________ 62
10.4.1. Salt entre delgues __________________________________________________________ 62
10.4.2. Resistència mecànica: Extracció de delga _______________________________________ 63
10.4.3. Punt de funcionament _______________________________________________________ 63
10.4.4. Sobretensió ________________________________________________________________ 63
10.4.5. Assaig de vida______________________________________________________________ 65
10.4.6. Test de producció ___________________________________________________________ 66
10.4.6.1. Pla de control ______________________________________________________________________ 66 10.4.6.2. Resposta Ràpida de Control de Qualitat (QRQC)_________________________________________ 67
Parts del panell ____________________________________________________________________________ 67 10.4.6.3. Pla de control línia d’induïts__________________________________________________________ 68 10.4.6.4. Pautes de control __________________________________________________________________ 73 Control del paquet de platines invertit___________________________________________________ 73 Control eix amb ranura o eix llis/ eix invertit _____________________________________________ 74 Control del tipus d’estrella aïllant _______________________________________________________ 75 Control de presència i absència d’estrelles aïllants ________________________________________ 76 Control automàtic de l’altura del col·lector_______________________________________________ 77 Control del decalat del col·lector _______________________________________________________ 77 Soldadura automàtica del fil del bobinat a les delgues del col·lector _________________________ 78 Control de les característiques elèctriques de l’induït (tèster 1 i tèster 2) _____________________ 79
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 5 de 135
Control tornejat col·lector _____________________________________________________________ 80 Control d’equilibrat automàtic _________________________________________________________ 81
10.4.6.5. Resultats obtinguts desprès de la prova de producció ____________________________________ 81 Trial Run 1: _______________________________________________________________________________ 81 Trial Run 2: _______________________________________________________________________________ 82 Trial run 3: ________________________________________________________________________________ 82
10.4.6.6. Estudi de capacitat dels paràmetres que afecten a la reducció de coure en el col·lector _______ 82 10.4.6.6.1. Control estadístic del procés (SPC) _________________________________________________ 82 10.4.6.6.2. Estudi de capacitat_______________________________________________________________ 83 10.4.6.6.3. Salt entre delgues _______________________________________________________________ 86
10.4.6.6.3.1. Estudi de la capacitat del salt entre delgues _____________________________________ 86 10.4.6.6.3.2. Gràfics de control de salt entre delgues _________________________________________ 88
10.4.6.6.4. Rugositat del col·lector ___________________________________________________________ 88 10.4.6.6.4.1. Estudi de capacitat de la rugositat del col·lector __________________________________ 88 10.4.6.6.4.2. Gràfics de control de la rugositat del col·lector ___________________________________ 89
10.4.6.6.5. Diàmetre extern del col·lector _____________________________________________________ 90 10.4.6.6.5.1. Estudi de capacitat del diàmetre extern del col·lector _____________________________ 90 10.4.6.6.5.2. Gràfics de control del diàmetre col·lector _______________________________________ 91
10.4.6.6.6. Estudi de capacitat de la resistència a la soldadura ___________________________________ 92 10.4.6.6.6.1. Estudi de capacitat de la resistència de soldadura dels ganxos del col·lector _________ 92 10.4.6.6.6.2. Gràfics de control de la resistència de soldadura dels ganxos del col·lector ___________ 93
10.4.7. Altres assajos no inclosos en el DVP&R _________________________________________ 94
11. RESULTATS OBTINGUTS:PPAP _______________________________________________________ 94
11.1. DOCUMENTS ___________________________________________________________________ 94
Registres de disseny _____________________________________________________________ 94
Autoritzat canvi d'enginyeria ______________________________________________________ 95
Aprovació d'Enginyeria ___________________________________________________________ 95
AMFE de disseny ________________________________________________________________ 95
Diagrama de flux de procés _______________________________________________________ 95
AMFE de procés _________________________________________________________________ 95
Pla de Control __________________________________________________________________ 95
Mesura dels estudis d'anàlisi del sistema ____________________________________________ 95
Resultats dimensionals ___________________________________________________________ 95
Registres de Material / Proves de rendiment _________________________________________ 95
Estudis Inicials del Procés _________________________________________________________ 96
Documentació del Laboratori Qualificat _____________________________________________ 96
Informe d'aprovació d'aparença ___________________________________________________ 96
Exemples de peces de producció ___________________________________________________ 96
Mostres inicials _________________________________________________________________ 96
Ajudes de Verificació: POKA-YOKE __________________________________________________ 96
Requisits específics del client ______________________________________________________ 96
Remissió part Warrant ___________________________________________________________ 96
12. ESTUDI ECONÒMIC DE LA REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR _______________________ 96
13. ASPECTES MEDIAMBIENTALS _______________________________________________________ 97
13.1. FI DE VIDA DEL VEHICLE (ELV) / SISTEMA INTERNACIONAL DE DADES DE MATERIALS (IMDS) _____________ 98
14. CONCLUSIONS ____________________________________________________________________ 99
BIBLIOGRAFIA I REFERÈNCIES _____________________________________________________________ 100
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 6 de 135
ANNEX 1: DRAWING DEL COLECTOR _______________________________________________________ 102
ANNEX 2: SEQÜÈNCIA DE FABRICACIÓ DEL COL·LECTOR _______________________________________ 103
ANNEX 3: COEFICIENTS DE L’AMFE _________________________________________________________ 105
ANNEX 4: SALT ENTRE DELGUES ___________________________________________________________ 107
ANNEX 5: RESISTÈNCIA MECÀNICA: EXTRACCIÓ DE LA DELGA __________________________________ 108
ANNEX 6: PUNTS DE FUNCIONAMENT ______________________________________________________ 109
ANNEX 7: ASSAIG DE SOBRETENSIÓ ________________________________________________________ 113
ANNEX 8: ASSAIG DE VIDA________________________________________________________________ 116
ANNEX 9: ESTUDI CAPACITAT SALT ENTRE DELGUES__________________________________________ 117
ANNEX 10: ESTUDI CAPACITAT RUGOSITAT COL·LECTOR ______________________________________ 120
ANNEX 11: ESTUDI CAPACITAT DIÀMETRE EXTERIOR _________________________________________ 123
ANNEX 12: ESTUDI DE CAPACITAT DE LA RESISTÈNCIA DE LA SOLDADURA________________________ 126
ANNEX 13: ALTRES ASSAJOS NO INCLOSOS EN EL DVP&R ______________________________________ 129
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 7 de 135
Introducció
El sector de l’automoció s’enfronta a reptes transcendentals pel seu futur desenvolupament: la
forta competència que acompanya aquesta indústria en els àmbits tradicionals, l’impuls
constructor de països emergents que dominen els mercats més febles, els grans esforços
tecnològics que s’efectuen per trobar alternatives viables a les energies procedents dels
combustibles fòssils.
A aquestes circumstàncies se li afegeixen les conseqüències de la crisi de les matèries primeres i
d'alguns productes agrícoles. La situació d'incertesa mundial que s’ha generat provoca que el
sistema financer es faci opac a les necessitats dels sectors i de les empreses, repercutint en una
forta degradació del consum, sobretot en àmbits com l'automoció, molt sensible a l'evolució de
les xifres macroeconòmiques.
Per fer front a aquesta crisi econòmica, baixar els costos de producció és l’objectiu de les
empreses que han vist minvar la seva producció, primer per sobreviure a la crisis, i també per
augmentar la productivitat i les vendes. Cada empresa utilitza els seus mètodes concrets per
aconseguir tal fi, com ara reduir costos en la cadena de subministrament, buscar serveis
compartits, reduir costos en la logística, etc.
Una manera de reduir costos en els processos de fabricació és la reducció de matèria primera.
Per això, aquest projecte consisteix en redissenyar un motor elèctric reduint matèria primera
per tal de fer-lo més competitiu dins el mercat de l’automoció.
Un dels materials emprats en els motors elèctrics, i que des de l’any 2004 ha sofert un
increment considerable del seu valor a causa del augment de la demanda en països emergents,
és el coure. El coure és el tercer material més emprat en món, ja que s’utilitza en una varietat
molt àmplia d’aplicacions: la més important, amb un 56%, és la generació i transport d’energia;
el 26% s’aplica en la construcció; el 10% en enginyeria, i la resta en aplicacions vàries.
L’objectiu d’aquest projecte és reduir l’espessor de coure del col·lector d’un motor elèctric de
corrent continu amb escombretes, emprat per accionar l’hèlix de l conjunt motor-ventilador-
canalitzador per la refrigeració del radiador d’automòbils.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 8 de 135
Es tracta doncs, d’optimitzar el sistema de refrigeració de motors tèrmics en el sector de
l’automoció, abaratint el cost del motor elèctric sense perjudicar ni empitjorar les seves
propietats i funcions de refrigeració des del punt de vista de disseny i qualitat.
En la vida d’un producte nou o la modificació d’un ja existent, des de que és una idea o una
proposta fins que es fabrica a la línia de producció, intervenen diferents departaments que,
treballant en equip, aconsegueixen produir un producte alhora econòmic i que complexi els
requisits del client final.
Primerament, realitzar un bon disseny comporta l’acció d’un equip d’enginyers que, recolzats
per l’equip del laboratori, realitza les proves i assajos necessaris per saber el comportament dels
nous productes, construeix els prototips per assajar els nous productes, comprova les seves
propietats i el seu comportament en situacions adverses. L’oficina tècnica donarà suport amb el
disseny de plànols i aportant els seus coneixements tècnics.
Juntament amb l’equip de projectes, ha de treballar l’equip de mètodes, ja que a l’hora de
dissenyar un producte és molt important pensar en com es fabricarà, la seva seqüència de
muntatge i quins són els valors crítics d’aquest. Amb aquest equip també ha de treballar l’equip
de qualitat que s’encarrega d’assegurar que el producte final compleix els requisits del client.
Per altre banda, el departament de compres s’encarrega de negociar els preus dels materials
emprats per la fabricació dels motors, i el departament de vendes s’encarrega de vendre el
producte fabricat i fer de connexió amb el client.
Aquest projecte es basa en el disseny i la qualitat del producte a modificar, i com aquest és
afectat tant per les característiques de disseny i les de qualitat de poder proporcionar les
funcions que requereix el client.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 9 de 135
Objectius
El projecte tracta de reduir l’espessor de coure del col·lector en un motor elèctric de corrent
continu amb escombretes.
Com a objectius personals conèixer el funcionament de la gestió de la vida d’un projecte, i
aprendre sobre els diferents procediments de control de la qualitat d’un producte , i consolidar
els coneixements sobre les màquines elèctriques.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 10 de 135
Glossari
APQP: Planificació Avançada de la Qualitat del Producte
RFQ: Sol·licitud de Cotització
PPAP: Procés d'Aprovació de Parts de Producció
Poka-yoke: a prova d'errors, és un dispositiu (generalment) destinat a evitar
errors
SQA: Control de Qualitat
PQA: Assegurament de Qualitat del Producte
AMFE: Anàlisi Modal de Fallada i Efectes
Coeficient S: Severitat
Coeficient O: Ocurrència
Coeficient D: no Detecció
RPN: Número de Prioritat de Risc
DVP&R: Pla de Verificació del Disseny
Cp i Cpk: Capacitat del Procés
QRQC: Resposta Ràpida de Control de Qualitat
Trial Run: Període de Prova
SPC: Control estadístic del Procés
TLC: Teorema del Límit Central
TS: Tolerància Superior
TI: Tolerància Inferior
LCS: Límit de Control Superior
LCI: Límit de Control Inferior
LC: Límit Central
MSA: Mesura dels Estudis d'Anàlisi del Sistema
AAI: Aspecte Inspecció Aprovació
ELV: Fi de Vida del Vehicle
IMDS: Sistema Internacional de Dades de Materials
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 11 de 135
1. Conductors i aïllants
La matèria és elèctricament neutre, i ho són cadascun dels seus àtoms. No obstant això, la
matèria és essencialment elèctrica també, i cadascuna de les seves partícules constituents tenen
càrrega. Ambdues característiques es posen de manifest al sotmetre un objecte material sota
l’acció d’un camp elèctric.
Des del punt de vista del seu comportament sota l’acció d’un camp elèctric, els materials es
poden classificar en dos grans grups:
- Conductors: substàncies que permeten fàcilment el moviment de les càrregues a
través d’elles.
- Dielèctrics: substàncies que impedeixen el moviment de les càrregues a través
d’elles.
2. Circuit elèctric
2.1.1. Intensitat de corrent
És defineix corrent elèctric al moviment ordenat de les partícules de càrrega. En aquest capítol
es farà referència a la corrent per conducció. Com el seu nom indica, es manifesta en els
conductors i es caracteritza pel moviment de portadors de càrregues a través del medi.
Convencionalment, s’ha establert el sentit del corrent com la direcció en la qual es mouen les
càrregues positives (i en sentit contrari les negatives).
D’acord a la definició de corrent, la forma de mesurar aquest ha d’estar relacionada amb la
rapidesa amb què es mouen les càrregues. Així doncs, es pot definir la intensitat de corrent com
la quantitat de càrrega que passa a través d’una superfície S per unitat de temps:
(2.1.1.1)
És evident, d’acord a la definició esmentada anteriorment que, mentre més ràpides es mouen
les càrregues, major serà el valor del corrent. Existeix doncs, una possibilitat de relacionar la
velocitat de les càrregues amb la intensitat de corrent.
Essent la velocitat constant I, es pot descriure com:
(2.1.1.2)
(2.1.1.3)
En aquesta expressió N representa el número de càrregues que travessen la superfície S en
l’interval de temps Δt.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 12 de 135
En el SI, la unitat de mesura de la intensitat de corrent és l’Ampere (en honor al físic i matemàtic
francès André Marie Ampere) i correspon al pas d’un coulomb per segon a través d’una
superfície S
2.2. Corrent Continu i Altern
El corrent continu (CC o DC) es defineix com aquell que, una vegada connectat a un circuït,
aquest circula amb un valor constant i en un mateix sentit si el camp elèctric manté a través del temps la mateixa direcció.
Figura 1. Gràfica V-t (tensió temps)
En el corrent altern (CA o AC), els electrons no es desplacen d’un pol a l’altre, sinó que a partir
de la seva posició fixa en el conductor, oscil·len d’un costat l’altre del seu centre, dins d’un
mateix entorn o amplitud a una freqüència determinada.
La gràfica V-t del corrent altern es representa com una corba o una ona, que pot ser de
diferents formes (quadrada, sinusoïdal, triangular,...), però sempre caracteritzada per la seva
amplitud (tensió de cresta positiva a cresta negativa d’ona), freqüència (nombre d’oscil·lacions
de l’ona en un segon), i període (temps que tarda en fer una oscil·lació).
Figura 2. Corrent de 2Vpp (pic a pic) d’amplitud, freqüència 476'2 Hz (oscil /seg.)
2.3.Energia elèctrica. Llei de Joule
Per traslladar una càrrega entre dos punts s’ha de realitzar un treball w, que és realitzat pel
generador elèctric. Aquest treball no s’acumula, sinó que es transforma en calor, fenomen
denominat com efecte Joule. Aquest augment de temperatura en el conductor es deu als xocs
dels electrons amb els àtoms o ions del conductor.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 13 de 135
L’escalfament del conductor és major a mesura que augmenta el corrent que circula i l’oposició
que troben els electrons al ser desplaçats (resistència).
Figura 3. Circuit alimentat amb una font de força electromotriu
En la figura 3, s’il·lustra un circuit simple format per dos elements: una resistència R i una
bateria B. Sota una interpretació termodinàmica senzilla, es pot dir que la bateria subministra
energia al circuit al realitzar un treball per passar la carga a través de R, i donat que la càrrega no
s’accelera, aquesta energia és captada per la resistència augmentant la seva energia interna i
amb això la seva temperatura. L’escalfament dels circuits esdevé en ocasions un efecte no
desitjable, mentre en d’altres aquest fenomen s’aprofita com a procediment per escalfar
dispositius.
Per calcular el consum d’energia degut a aquest fenomen, suposem que en un període de temps
passa, a través de la resistència R, una quantitat de càrrega , mentre és V la diferència de
potencial en els seus extrems, aleshores el treball efectuat per l’energia subministrada al
sistema, sigui una bateria o un generador, en aquest procés és:
(2.3.1)
Llavors, la potència P desenvolupada (treball per unitat de tremps) és:
(2.3.2)
(2.3.3)
3. Introducció a les màquines elèctriques
3.1.Naturalesa del magnetisme
3.1.1. El magnetisme i la teoria atòmica
Els descobriment de les relacions entre els corrents elèctrics i el magnetisme, complementat
amb l’aprofundiment del coneixement de l’estructura interna de l’àtom, van donar el fonaments
per elaborar teories que poguessin explicar el magnetisme que presentaven certs materials.
Avui dia, podem afirmar que el magnetisme és una propietat intrínseca de la matèria deguda
bàsicament a dues contribucions:
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 14 de 135
Donat que els electrons que orbiten en el nucli d’un àtom poden ser considerats com un corrent
que circula per una espira microscòpica, és d’esperar que dit corrent generi un camp magnètic,
de la mateixa manera que el corrent que circula per una espira real. També el spin dels electrons
( el gir sobre ells mateixos) generen un camp magnètic.
Figura 4. Camp orbital d'un àtom
D’acord a aquesta teoria, cada electró generaria dos camps magnètics, un degut al seu
moviment de translació al voltant del nucli, i l’altre degut al gir sobre si mateix.
El moviment orbital i de spin dels electrons els fa actuar com petits corrents circulars que
generen camps magnètics elementals, a mode d’imants o dipols magnètics. La suma vectorial de
tots els dipols magnètics corresponents als dels electrons d’una partícula (àtom, molècula o ió)
constitueix el dipol magnètic resultant per l’esmentada partícula. Les partícules amb electrons
aparellats (immensa majoria), anul·len els seus dipols magnètics donant un dipol magnètic
resultant nul. Les que presenten electrons desaparellats (com succeeix amb els àtom del ferro,
níquel i cobalt) manifesten el seu caràcter d’imant elemental.
Les propietats magnètiques que presenten certs materials, no poden ser explicades únicament a
partir dels camp individuals que presenten els seus àtoms. Dites propietats estan relacionades a
la capacitat d’aquests elements d’orientar els seus orbitals dins del material.
En absència de camp magnètic exterior, la immensa majoria de materials no presenten
propietats magnètiques. Fins i tot aquells materials constituïts per partícules amb dipols
magnètics resultant no nul, no manifesten magnetisme a aquest dipols elementals per la seva
orientació aleatòria, a l’atzar.
Ara bé, en presència d’un camp magnètic extern tot material experimenta el fenomen de
distorsió de moviment electrònic: consisteix en l’aparició d’un dèbil dipol magnètic oposat al
camp exterior en cadascuna de les seves partícules.
3.1.2. Classificació de la matèria vers el seu comportament en camps
magnètics
L’existència d’aquest efectes permet classificar els materials pel seu comportament respecte a
camps magnètics externs en tres tipus diferents.
DIAMAGNÈTICS
PARAMAGNÈTIC
FERROMAGNÈTICS
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 15 de 135
Es caracteritzen pel seu valor de permeabilitat magnètica, que és la relació entre el camp
d’inducció magnètica i el camp de magnetització dins del material:
(3.1.2.1)
(3.1.2.2)
On és la permeabilitat relativa i la susceptibilitat del material.
MATERIALS DIAMAGNÈTICS
Els materials diamagnètics es magnetitzen dèbilment en el sentit oposat al del camp
magnètic aplicat. Resulta doncs, que apareix una força de repulsió sobre el cos respecte
el camp aplicat.
La susceptibilitat magnètica és negativa i petita; i la permeabilitat relativa esdevé llavors
lleugerament menor que la unitat.
La intensitat de la resposta és molt petita.
MATERIALS PARAMAGNÈTICS
Els materials paramagnètics es magnetitzen dèbilment en el mateix sentit que el camp
magnètic aplicat. Resulta, doncs, que apareix una força d’atracció sobre el cos respecte
al camp aplicat.
La susceptibilitat magnètica és positiva i petita; i la permeabilitat relativa esdevé llavors
lleugerament major que la unitat.
La intensitat de la resposta és molt petita, i els efectes són pràcticament impossibles de
detectar, excepte a temperatures extremadament baixes o camps aplicats molt
intensos.
MATERIALS FERROMAGNÈTICS
Els materials ferromagnètics es magnetitzen fortament en el mateix sentit que el camp
magnètic aplicat.
La susceptibilitat magnètica és positiva i gran; i la permeabilitat relativa esdevé llavors
molt major que la unitat.
Les partícules dels materials ferromagnètics interaccionen alineant-se unes amb les altres, i
donen lloc a agrupacions on els camps magnètics es potencien entre si. Aquests cúmuls de
partícules alineades es denominen dominis magnètics.
Dins dels materials existeixen zones denominades dominis, dins les quals les molècules estan
ordenades de manera que els seus camps nets estan alineats. Aquests dominis tenen
orientacions aleatòries resultant en un camp nul.
Figura 5. Material en estat original
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 16 de 135
Quan s’aplica un camp extern, els dominis que posseeixen una orientació similar a la del camp
aplicat comencen a ordenar-se segons el camp aplicat, començant per aquells que presenten
una orientació més favorable.
Figura 6. Camp mitjà aplicat
A mesura que va augmentant el camp aplicat hi ha cada vegada menys dominis per reorientar i,
els dominis que encara no han estat reorientats, són els que presentaven l’estat inicial més
desfavorable. Finalment, arriba un moment que el camp aplicat ja no incrementa la
magnetització: això s’anomena saturació del material.
Figura 7. Material saturat
L’augment de temperatura tendeix a desalinear els dominis. A temperatura normal, l’energia
tèrmica no és en general suficient per desmagnetitzar un material magnetitzat fins a la
saturació. No obstant, per damunt d’una certa temperatura, anomenada temperatura de Curie,
el material es torna paramagnètic, degut a que els efectes tèrmics de desordre són majors que
els efectes d’alineament de la interacció magnètica entre dominis. Una manera de
desmagnetitzar un material ferromagnètic és escalfant-lo per damunt d’aquesta temperatura.
3.1.3. CORBA D’IMANTACIÓ.
Quan una mostra de material ferromagnètic es col·loca dins d’un camp magnètic, els dominis
tendeixen a alinear-se, de forma que els seus camps magnètics es sumen al camp extern,
resultant un camp total més fort. Aquest fenomen pot ser observat per la corba d’imantació que
relaciona l’ inducció B resultant en funció de la intensitat de camp magnètic H.
Inicialment la mostra es troba en un estat magnèticament neutre, degut a que els dominis tenen
alineacions orientades a l’atzar, resultant un moment magnètic total nul. A l’aplicar una
intensitat de camp magnètic definida per HM, es produeix un desplaçament de les parets que
separen els dominis, eixamplant-se la càrrega dels que estan orientats menys favorablement.
Aquest creixement és irreversible i si s’elimina el camp HA exterior, la densitat de flux també
desapareix. Si es continua elevant el valor de H, els dominis continuen augmentant de volum.
Aquest moviment és irreversible, i si es deixa d’aplicar l’excitació magnètica, roman l’alineació
dels dominis que han rotat.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 17 de 135
CICLE D’HISTÈRESI
Histèresi significa permanència o retard. En aquest cas, en materials ferromagnètics, desprès de
fer desaparèixer l’acció del camp magnètic, la substància encara presenta cert nivell d’inducció
magnètica, que rep el nom de magnetisme romanent.
La corba de la figura 8 representa la imantació d’una substància ferromagnètica que inicialment
estava completament desimantada i en la que se li ha anat augmentant l’excitació magnètica de
forma continuada a partir d’un estat nul. Aquesta corba s’anomena corba de primera imantació.
Figura 8. Corba de primera imantació d’un material ferromagnètic
Al disminuir el corrent, disminueix la intensitat de corrent B, però no en la mateixa proporció
que abans. En el punt (b) de la figura 9 s’ha anul·lat la intensitat de camp però la inducció B
roman, ja que existeix un magnetisme romanent.
Figura 9. Corba de magnetització d’un material ferromagnètic, que en desaparèixer l’acció del camp magnètic encara en el material existeix un cert nivell d’inducció magnètica
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 18 de 135
Per anul·lar aquest magnetisme romanent s’ha d’invertir el sentit del camp magnètic. Això
s’aconsegueix invertint el sentit del corrent que circula pel material. En el punt (e) de la figura
anterior, tenim que la inducció és zero. Però per aconseguir-ho s’ha d’aplicar una intensitat de
camp –Hc anomenada intensitat coercitiva. Si a continuació es va augmentant el corrent s’arriba
a un punt de saturació (d).
Si a partir d’aquest punt s’inverteix el corrent de nou, s’aconsegueix completar el cicle
d’histèresi passant per un nou punt (e) de magnetisme romanent i de valor –Br. Com s’observa
en la figura, la corba no passa per el punt 0 a causa de l’ histèresi.
Figura 10. Corba d’histèresi complerta d'un material ferromagnètic
Per desimantar completament un mater ial ferromagnètic s’ha de repetir un cert nombre de
vegades el cicle fent que la intensitat en inversió sigui cada cop més petita.
Les característiques de la corba varien segons el material i les seves variables
electromagnètiques.
3.2.Camp magnètic
3.2.1. Camp magnètic generat per imants
Els primers fenòmens magnètics que en tenim referència es situen a l’antiga Grècia, fa més de
2.500 anys, i estan relacionats amb la propietat del mineral magnetita (Fe3O4), l’anomenada
“pedra imant”, d’atraure petits trossos de ferro i de transferir al ferro les seves propietats
atractives.
Al igual que una càrrega crea un camp elèctric al seu voltant i una massa crea un camp
gravitatori, un imant crea un camp magnètic al seu voltant, que és detectat per l’aparició de
forces magnètiques, i que es pot representar mitjançant línies de camp de força magnètica.
Aquest material es caracteritza per tenir un pol nord i un pol sud.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 19 de 135
El pol nord d’un imant s’orienta cap al nord geogràfic de la terra i el pol sud cap al s ud
geogràfic. Si apropem dos imants diferents, observarem que els pols d’igual signe es
repel·len i els de diferent signe s’atrauen.
Figura 11. a) b) dos imants de barra s'atrauen quan dos pols oposats (N i S) estan pròxims l'un a l 'altre. c) i d) els imants es repel·lien quan dos pols iguals (N i N o S i S) estan prop l'un del altre
Tot imant presenta dos pols magnètics. Així, si dividim un imant per la meitat, no
obtindrem un pol nord i un de sud aïllats, sinó que obtindrem dos imants més petits,
cadascun d’ells amb el seu parell de pols nord i sud.
Figura 12. Cada cop que es trenca un imant, apareixen pols nord i sud en cadascun dels trossos
El camp magnètic es mesura en cada punt mitjançant el vector intensitat de camp magnètic
que és tangent a les línies de camp magnètic.
Les línies de camp magnètic tenen les següents propietats:
En l’exterior del imant, cada línea s’orienta del pol nord al pol sud.
A diferència de les línies de camp elèctric, les línies de camp magnètic són tancades i no
s’interromprien en la superfície del imant.
El vector de camp magnètic en cada punt de l’espai és tangent a la línea de camp que
passa per aquell punt.
La quantitat de línies per unitat d’àrea en la proximitat d’un punt, és proporcional a la
intensitat de camp en el punt esmentat.
Les línies mai s’intersequen ni es creuen en cap punt de l’espai.
3.2.2. Camp magnètic generat per càrregues en moviment
En la mesura que un corrent elèctric el podem concebre com un flux de càrregues, podem
admetre que tota càrrega elèctrica en moviment genera un camp magnètic.
Un camp magnètic és originat pel moviment de les càrregues elèctriques. Per aquesta raó, al
voltant d’un cable conductor pel que circula corrent es crea un camp magnètic que pot
representar-se mitjançant línies circulars.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 20 de 135
Escollim llavors com a trajectòria d’integració una circumferència de radi r, que coincideix amb
la línea de camp i, en conseqüència, els vector de camp magnètic (tangent a la línia de camp) i dl
(tangent a la trajectòria) tindran sempre la mateixa direcció.
Aplicant la llei de l’Ampere i tenint en compte que el vector camp magnètic i dl tenen la mateixa
direcció:
(3.2.2.1)
(3.2.2.2)
és constant durant tota la trajectòria, ja que es troba a la mateixa distancia del fil conductor
podem treure’l fora de la integral:
(3.2.2.3)
Com que la integral al llarg de tot el camí no és més que la longitud de la circumferència:
(3.2.2.4)
La unitat de mesura de B s’anomena Tesla (T).
(3.2.2.5)
En un camp magnètic d’intensitat unitat, una càrrega d’un Coulomb movent-se a la velocitat
d’un metre/segon, perpendicular al camp, experimenta una força d’un Newton.
El valor de μ0 és conegut com permeabilitat magnètica i en el buit és de 4π·10-7 Tm/A.
3.2.3. Camp magnètic generat per una espira
Si es vol augmentar la intensitat de camp magnètic creat per una corrent en un punt, sense
haver d’incrementar la intensitat del corrent, es pot desenrotllar el conductor al voltant del punt
esmentat conferint forma d’espira (veure fig. 13).
Figura 13. Camp magnètic generat per una espira
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 21 de 135
D’aquesta manera s’aconsegueix que les línies de camp s’agrupin en l’interior de l’espira mentre
que es dispersen fora d’ella. Així podem concentrar el camp magnètic creat pel corrent en una
regió determinada. El augment de la intensitat de camp que s’aconsegueix amb una espira ve
donada pel factor π, de manera que en el centre d’una espira el valor del camp magnètic és:
(3.2.3.1)
El valor del camp magnètic en una zona pot esdevenir major si enrotllem el conductor de forma
d’hèlix estreta. Aquest dispositiu funciona com una associació de moltes espires i es coneix amb
el nom de solenoide o bobina.
Figura 14. a) línies de camp magnètic creat per dues espires en un pla que les talla perpendicularment per el seu centre; b) línies de camp magnètic creat per un solenoide en un pla que talla perpendicularment per al seu centre
Els camps creats per cadascuna de les espires en l’interior de les mateixes, es reforcen i donen
com a conseqüència unes línies de camp pràcticament paral·leles i equidistants. Entre les
espires, el camp és casi nul i fora d’elles el camp és molt més dèbil que en l’interior. L’associació
de moltes espires origina un camp magnètic molt similar al d’un imant de barra.
Les línies de camp magnètic són perpendiculars a les espires i el seu sentit és el d’avanç d’un
cargol que gira seguint el sentit de la intensitat del corrent. Es pot parlar d’una cara nord i una
cara sud de l’espira o de la bobina, per on surten o entren, respectivament, les línies de camp.
Es pot utilitzar la llei de l’Ampere per obtenir una expressió per el camp magnètic a l’interior
d’un solenoide ideal. Considerem una trajectòria rectangular de longitud l i amplada w com a la
figura 14. Aplicant la llei de l’Ampere obtenim que:
(3.2.3.2)
On N és el nombre d’espires contingudes en la longitud L
3.3. Magnetització i intensitat de camp magnètic
El estat magnètic d’una substància es descriu mitjançant una magnitud anomenada vector de
magnetització M. La magnitud del vector de magnetització és igual al moment magnètic per
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 22 de 135
unitat de volum de la substància en qüestió. Com és d’esperar, el camp magnètic total en una
substància depèn tant del camp magnètic (extern) aplicat com de la magnetització de la
substància.
Considerem una regió on existeixi un camp magnètic B0 produït per un conductor que porta
corrent tal com a l’interior d’un toroide. Si omplim aquesta regió amb una substància magnètica,
el camp magnètic total B de la regió serà:
(3.3.1)
On és el camp produït per la substància magnètica. Aquesta contribució pot expressar-se en
termes del vector magnetització com:
(3.3.2)
Per tant el camp total en la substància ve a ser:
(3.3.3)
És important introduir una altre magnitud de camp H, nombrada intensitat de camp magnètic.
Aquesta magnitud vectorial es defineix per la relació:
(3.3.4)
(3.3.5)
En unitats del SI, les dimensions de H i M son A/m.
Per entendre millor aquestes expressions, considerarem la regió en l’interior d’una bobina
toroïdal que porta un corrent I. Si la regió interior està buida, llavors M=0 i B=B0=μ0H. Com
B0=μ0·n·I en l’interior d’un toroide, on n és el nombre de voltes per unitat de longitud del seu
debanat, llavors:
(3.3.6)
(3.3.7)
És a dir, la intensitat del camp magnètic dins d’un toroide és deu a la corrent del seu debanat.
3.4. Corbes de magnetització
Una de les maneres possibles per magnetitzar un material, és introduir-lo en l’interior d’un
solenoide i anar augmentant lentament el corrent que circula per ell, de manera que el camp
magnètic sigui creixent.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 23 de 135
Si es representen els valors de la densitat de flux magnètic B del solenoide en funció de la
intensitat magnètica H deguda al corrent que circula per el solenoide, s’obté la corba de
magnetització del material.
Figura 15. Corba de magnetització d'un material ferromagnètic
Com es pot observar en la figura 15, la densitat de flux B no és una funció lineal de la intensitat
magnètica H, o dit d’una altre manera, la permeabilitat μ no és constant.
Si s’augmenta el valor de H suficientment, s’arriba a un punt, denominat saturació magnètica en
el qual per més que s’augmenti la intensitat magnètica, el flux roman constant. Això es deu al fet
que tots els seus dominis magnètics estan ja orientats.
3.5.Interacció entre corrent i camp magnètic
3.5.1. Força sobre una càrrega en moviment
Quan una partícula carregada es troba sense moviment dins d’un camp magnètic, no
experimenta cap força. Però si està en moviment en una direcció diferent de les línies de camp
magnètic, pateix una força magnètica que la desvia del seu curs. Aquesta força exercida per un
camp magnètic sobre una càrrega (que pertany a un grup de càrregues) en moviment, és
proporcional a la càrrega q i a la component de la velocitat de la càrrega en la direcció
perpendicular a la direcció del camp magnètic.
L’expressió vectorial és:
(3.5.1.1)
El sentit d’aquesta força per una càrrega positiva es pot determinar mitjançant l’aplicació de la
“regla de la mà esquerre” ubicant el dit índex al sentit de i el dit del mig en el sentit de . La
posició en que queda el dit polze ubicat perpendiculament als altres dos, senyala el sentit de .
Si la càrrega és negativa s’invertiria el sentit de la força.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 24 de 135
Figura 16. Regla de la mà dreta, on diu que la força F es perpendicular al pla determinat per la direcció de la velocitat v i del camp B.
La direcció de la força magnètica és perpendicular tant al camp magnètic com a la velocitat de la
partícula. La seva intensitat es pot calcular mitjançant la següent relació:
(3.5.1.2)
En ella, és l’angle format pels vectors velocitat de la partícula i camp magnètic.
Figura 17. Direcció de la força F, donat un camp magnètic i la velocitat
A l’examinar la relació anterior, podem veure que la força és màxima quan els vectors velocitat i
camp magnètic són perpendiculars entre sí, mentre que és nul·la si ambdós vectors són
paral·lels.
Com que la força magnètica és perpendicular a la velocitat, el seu treball al moure la càrrega és
nul. Per tant, la força magnètica no produeix canvi ni en la magnitud de la velocitat ni en
l’energia cinètica de la partícula; només canvia la direcció de la velocitat.
Quan la partícula es mou en una regió en la que hi ha per un camp magnètic i un camp elèctric,
la força total sobre ella és la suma de la força magnètica i la força elèctrica. Això és:
(3.5.1.3)
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 25 de 135
3.5.2. FORÇA MAGNÈTICA SOBRE UN CORRENT ELÈCTRIC
En un conductor pel que no passa corrent elèctric, el moviment dels electrons és l’atzar, i al
situar-lo en la influència d’un camp magnètic la força magnètica resultant és nul·la. Però si pel
conductor passa una intensitat de corrent, llavors els electrons es mouen en un sentit
determinat i la força magnètica resultant no és nul·la.
Figura 18. Per conveni, la intensitat de corrent que passa per un conductor té sentit contrari al dels electrons. Podem considerar que els portadors de càrrega tenen signe positiu i que es mouen amb una velocitat v en el sentit de la
intensitat de corrent I
En un conductor rectilini de longitud L, travessat per un corrent d’intensitat I i sota l’acció d’un
camp magnètic B (fig. 19), sabent que la càrrega elèctrica q que circula per un conductor és:
Figura 19. Força magnètica sobre cada portador de càrrega elèctrica positiva
Figura 20. Acció d'un camp magnètic sobre un conductor amb corrent elèctric
(3.5.2.1)
Podem afirmar que la força magnètica que actua sobre el conductor rectilini és en mòdul:
(3.5.2.2)
I vectorialment:
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 26 de 135
(3.5.2.3)
On és un vector de mòdul la longitud del fil, i de direcció i sentit el de la intensitat de corrent
elèctric I, que coincideix amb el sentit de la velocitat dels portadors de càrrega elèctrica
positius.
3.5.3. FORÇA MAGNÈTICA ENTRE DOS CONDUCTORS PARAL·LELS
Suposem dos conductors rectilinis paral·lels, separats una distancia d, pels que circulen corrents
elèctrics d’intensitats I1 i I2 (fig. 22). Cada corrent elèctric origina un camp magnètic (segons la
llei de Biot i Savart) en el que es troba immersa l’altre corrent, pel que cada conductor
experimenta una força magnètica que, per la llei d’acció i reacció, ha de ser igual en mòdul i
direcció, tot i que de sentit oposat. En mòdul seria:
(3.5.3.1)
(3.5.3.2)
(3.5.3.3.)
Com s’observa en la fig. 21, hi haurà una força d’atracció entre els dos conductors quan els
corrents circulin en el mateix sentit, i de repulsió entre els conductors si els corrents circulen en
sentits oposats.
Figura 21. Forces d'atracció i repulsió entre conductors
El mòdul de la força magnètica per unitat de longitud entre dues corrents paral·leles val:
(3.5.3.4)
L’existència d’aquesta força magnètica ens permet definir l’amper (A) com unitat d’intensitat del
corrent elèctric en el SI: un amper és la intensitat de corrent que, circulant per dos conductors
paral·lels i indefinits, separats un metre, en el buit, dóna lloc a una força entre ells de 2·10-7 N
per metre de longitud de conductor. Aquesta definició fa que la permeabilitat magnètica del vuit
sigui exactament 4 ·10-7 N/A2.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 27 de 135
3.5.4. Força i parell sobre una espira
Imaginem una espira quadrada en el si d’un camp magnètic, tal com es mostra en la figura
Figura 22. Força i parell en una espira
En el costat b:
Inicialment no exerceix cap força perquè el corrent i el camp tenen la mateixa direcció
α=0, així que el seu producte escalar serà nul.
Quan l’espira giri a un angle α≠0 llavors la força dels dos costats b ja no és nul·la,
perquè tindrà el valor de:
(3.5.4.1)
Però la força d’ambdós costats té la mateixa direcció i sentit oposats, és a dir,
s’anul·laran. Aquesta força varia en mòdul però depèn de l’angle α que formen la
corrent i el camp, però sempre té la mateixa direcció vertical.
En el costat a:
En tot moment la intensitat del corrent i el camp magnètic formen 90˚, així doncs la
força sempre té el seu valor màxim
(3.5.4.2)
En tot moment la força és perpendicular al fil conductor, i formen un parell que fa girar
l’espira amb un moment igual a :
(3.5.4.3)
On s’ha tingut en compte que l’àrea de l’espira és: S=ab
De forma vectorial, el moment sobre l’espira és:
(3.5.4.4)
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 28 de 135
3.6. Flux magnètic
El flux d’un camp magnètic que travessa una superfície es defineix com el producte escalar entre
el vector i el vector superficie . El vector superfície és un vector amb direcció normal a la
superfície el qual el seu mòdul és el valor d’aquesta.
(8.8)
Figura 23. Superfície travessada per un flux magnètic
Com es tracta d’un producte escalar, el flux dependrà del mòdul del vector d’inducció
magnètica, de la superfície, i de l’angle que forma la superfície amb .
Les seves unitats de mesura en el SI són el weber
1 Wb = 1 T·m2
3.7. Circuit magnètic
El fet de que els materials ferromagnètics concentrin les línies de camp , fa que en una primera
aproximació es pugui suposar que les línies de camp magnètic quedin canalitzades dins del
material ferromagnètic de la mateixa forma que els conductors ho fan amb la corrent elèctrica.
Considerem un anell tancat de secció uniforme. El flux a través d’una secció S serà:
(3.7.1)
On N és el nombre total d’espires i l la longitud de la bobina. L’equació anterior es pot escriure:
(3.7.2)
I per analogia amb la llei d’Ohm, es denomina al numerador NI, força magnetomotriu i
reluctància del circuit magnètic, R al denominador
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 29 de 135
(3.7.3)
En conseqüència, l’expressió del flux serà:
(3.7.4)
Que es pot dir que és la llei d’Ohm dels circuits magnètics. El producte NI és el que dóna l’impuls
a les línies de , creant un flux en el material ferromagnètic, al que s’oposa aquest amb una
reluctància.
En la pràctica, l’equació anterior pot ser aplicada als circuits que tenen diferent materials, com
per exemple un electroimant on existeix una petita separació o entreferro entre els pols. En
aquest cas, i per molt estreta que sigui la separació, s’observa una dispersió considerable de les
línies de força, que equivaldria a un debilitament del camp en aquesta zona. Per un circuit
magnètic amb dos medis materials diferents (ferro i aire en el cas de l’electroimant) en sèrie, la
reluctància serà:
(3.7.5)
Per tant, el flux a través de la secció serà:
(3.7.6)
I el camp en el valor de l’entreferro serà:
(3.7.7)
Com la permeabilitat relativa del ferro és gran, el sumand del denominador té gran
influència. Per això el camp entre els pols es fa major conforme es disminueix la longitud de
l’entreferro.
3.8.Principis fonamentals de l’electromagnetisme
3.8.1. Inducció electromagnètica
La inducció electromagnètica és el procés mitjançant el qual es genera un corrent elèctric en un
circuit com a resultat de la variació d’un camp magnètic.
3.8.2. Força electromotriu induïda. Llei de Faraday
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 30 de 135
Considerem en primer lloc, un conductor rectilini de longitud l, que es mou a través d’un camp
magnètic uniforme, perpendicular al plànol del paper i cap endins. Si per simplicitat, suposem
que el conductor es mou amb una velocitat cap a la dreta, perpendicular a , les càrregues
lliures del conductor experimenten una força definida per
Per tant, els electrons es mouran cap a l’extrem inferior i s’acumularan allà, deixant una càrrega
neta positiva en l’extrem superior. A conseqüència d’aquest fenomen, es crea un camp elèctric
no conservatiu dins del conductor, que s’oposa a què els electrons segueixin acumulant-se en la
part inferior: és a dir, la càrrega en els extrems va augmentant fins que la força elèctrica sigui
igual a la força magnètica:
(3.8.2.1)
En aquest instant la càrrega deixa de fluir i la condició d’equilibri exigeix que:
(3.8.2.2)
I atès que els vectors són perpendiculars, el modul esdevindrà:
(3.8.2.3)
La presència d’aquest camp elèctric dóna lloc a una d.d.p. entre els dos extrems del conductor
donada per:
(3.8.2.4)
Un altre situació més interessant s’esdevè quan el conductor mòbil és part integrant d’un circuit,
com succeeix si la barreta mòbil es desplaça al llarg d’un fil conductor fixe en forma de U. Les
càrregues lliures del conductor U es veuràn sotmeses ara a l’acció d’un camp elèctric produït per
la barreta mòbil, amb això s’estableix una corrent en el circuit en el sentit en que es mouen les
agulles del rellotge. Això provoca que l’excés de càrrega en els extrems del conductor mòbil es
redueixi, per immediatament les forces magnètiques provoquen que continui els desplaçament
dels electrons cap a l’extrem inferior de la barreta mòbil. Per tant, conseqüentment, mentre
segueixi movent-se la barreta es tindrà corrent en el circuit. El conductor mòbil equival a un
generador, com s’indica en la fig 26.
Figura 24. En un conductor, en moviment dins d'un camp magnètic, apareix un camp elèctric per desplaçament dels seus electrons
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 31 de 135
Figura 25. En un camp elèctric, produït en un conductor mòbil, origina un desplaçament dels electrons dins del conductor fix en forma d'U
Figura 26. El conductor mòbil equival a un generador
Pel seu càlcul, la f.e.m. d’un generador es defineix com la circulació del camp elèctric no
conservatiu al llarg d’un circuit on estigui intercalat dit generador (treball realitzat per la força
elèctrica no conservativa al recórrer la unitat de càrrega de tot el circuit).
En aquest cas tot esdevè com si els electrons de la barra estiguessin sotmesos a la força elèctrica
(3.8.2.5)
Sota l’acció del camp induït
(3.8.2.6)
De manera que la força electromotriu induïda serà la circulació de dit camp extesa a tot el
contorn definit pel circuit. Circulació que coincideix amb la d.d.p. entre els extrems de la barreta
mòbil, ja que en la part immòbil del circuit no hi ha inducció:
(3.8.2.7)
En el que s’ha près com a sentit de circulació el sentit de la corrent induïda. Com a conseqüència
doncs, del moviment d’un dels elements del circuit apareix una corrent elèctrica que recorre,
caracteritzada per una certa f.e.m. induïda, que a la vegada, implica l’existència d’un camp
elèctric no conservatiu.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 32 de 135
A l’aparèixer corrent en un circuit, sobre el conductor mòbil apareix una força
(3.8.2.8)
Que s’oposa al moviment i per tant al pas del corrent en el circuit. Si es vol que el corrent
segueixi circulant s’ha que vèncer l’acció de la força magnètica: per això, s’haurà que gastar una
energia mecànica que permeti que la barreta mòbil segueixi desplaçant-se amb la mateixa
velocitat i mantingui estacionària el corrent induït en el circuit. La potència elèctrica obtinguda
és igual a la potència mecànica desarrollada:
(3.8.2.9)
D’altra banda quan el conductor mòbil, de longitud l, en el temps dt es desplaça una distància
vdt sobre una superfície dS=Ivdt, la variació de flux magnètic que experimenta la superfície
limitada pel circuit és:
(3.8.2.10)
On obtenim
(3.8.2.11)
Aquesta expressió es coneix com la llei de Faraday i diu així: la f.e.m. induïda en un circuit és
igual i de signe contrari a la velocitat amb la què varia el fluxe magnètic a través de dit circuit.
Figura 27. La potència mecànica consumida al desplaçar el conductor mòbil es transforma en energia elèctrica
3.8.3. Llei de Lenz
El signe menys de la llei de Faraday diu que la f.e.m. induïda s’oposa a la variació de flux a través
del circuit, és a dir, s’oposa al desplaçament de la barreta. Encara que la barreta es segueixi
desplaçant amb velocitat constant, el sentit del corrent induït és tal que, el camp magnètic creat
per ell s’oposa a aquesta variació de flux.
Podem afirmar que: el sentit del corrent induït (o el que és equivalent, el signe de la f.e.m.
induïda que produeix) és tal que s’oposa a la variació del flux magnètic que l’origina.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 33 de 135
3.8.4. Corrent de Foucault
Degut a que els corrents induïts apareixen sempre que es produeix un canvi de flux magnètic
quan el conductor és una massa metàl·lica, bé perquè estigui immersa en un camp magnètic
variable o bé perquè es mogui en un camp magnètic, apareixen en el seu interior corrents
tancats induïts, en forma de remolí, que tendeixen a oposar-se a la variació de flux en l’interior
del metall.
Per evitar aquests corrents on esdevenen perjudicials, es procura que els nuclis o la massa
metàl·lica no siguin massissos, sinó formats per la superposició de làmines aïllades entre si.
4. Classificació general de les màquines elèctriques
4.1. Generadors elèctrics
El generador més simple consisteix en una espira que gira amb una velocitat angular constant en
l’interior d’un camp magnètic uniforme produït per un imant o electroimant.
És important senyalar que requereixen algun tipus de font d’energia. El corrent induït en les
espires del generador ocasiona l’aparició de parells de força magnètica que en tot moment
s’oposen al gir de l’espira. En un generador , part de l’energia mecànica que el mou, es
transforma en energia elèctrica que es transmet com una vibració d’electrons al llarg del
conductor.
Generadors elèctrics de corrent alterna
Els extrems de dita espira estan enllaçats a uns anells que giren amb ella. La connexió elèctrica
es realitza mitjançant escombretes estacionàries en contacte amb els anells. Conforme l’espira
canvia el flux magnètic que la travessa, varia l’àrea efectiva que presenta l’espira per ser
travessada pel camp magnètic. De manera alternativa, creix i decreix esmentada àrea. Cada
volta el corrent induït en l’espira canvia de sentit, originant un corrent altern.
Figura 28. Principi de funcionament d'un generador de corrent altern
Generadors elèctrics de corrent continu
El dispositiu que genera corrent continu s’anomena dinamo. Consisteix en connectar els
terminals a un anell dividit i partit en dues parts. El corrent subministrat és continu però
d’intensitat variable (entre un valor màxim i zero). En el gir, els terminals de la bobina canvien
d’escombreta al temps que s’inverteix el sentit del corrent.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 34 de 135
Figura 29. Principi de funcionament d'un generador de corrent continu
4.2.Transformadors elèctrics
El transformador es basa en la inducció mútua de dues bobines enrotllades al mateix nucli de
ferro laminat i aïllat entre si. La variació temporal d’un corrent elèctric altern en la bobina
primària (inductora), amb N1 espires, produeix un camp magnètic variable on les seves línies de
camp actuen sobre la bobina secundària (induïda), amb N2 espires, induint en ella una tensió
elèctrica diferent, major (elevador o transformador d’alta) o menor (reductor o transformador
de baixa) en funció de la relació entre les espires.
Figura 30. Transformador elèctric
4.3. Motors elèctrics
En essència, el funcionament d’un motor elèctric és justament a l’inrevés del generador elèctric:
converteix el corrent elèctric en camps magnètics, els quals, a la vegada, causen un moviment
rotatori útil.
En el següent capítol s’explica amb més deteniment el funcionament i els principals components
d’un motor elèctric de corrent continu.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 35 de 135
5. Màquina de corrent continu
5.1. Elements constructius de les màquines de corrent continu
L’estructura física d’una màquina de corrent continu consta de dues parts:
L’estator: part estacionària de la màquina.
El rotor: part mòbil de la màquina.
Figura 31. Detall d'un motor de corrent continu amb escombretes
La part estacionària consta d’una estructura que proporciona suport físic i les peces polars, les
quals es projecten endins i proveeixen el flux magnètic de la màquina.
El rotor es munta en un eix que descansa en dos rodaments o coixinets: aquests formen part de
la culata o tapa que estan subjectes a la carcassa de l’estator.
5.2.Construcció del rotor o induït
El rotor d’una màquina de corrent continu consisteix en un eix mecanitzat d’una barra d’acer i
un nucli muntat a sobre. El nucli està compost per un nombre determinat de làmines
encunyades d’acer, i disposa d’unes ranures al llarg de la seva superfície exterior per allotjar els
bobinats de l’induït.
El nucli està envoltat per unes estrelles aïllants que protegeixen el motor de curtcircuit en cas de
fondre’s la pel·lícula aïllant que envolta el fils conductors de la bobina.
L’espai d’aire que separa l’estator del rotor, necessari perquè la màquina pugui girar, es
denomina entreferro, essent el camp magnètic existent en ell el que constitueix el medi
d’acoblament entre els sistemes elèctric i mecànic.
Les cares polars de la màquina són corbes per poder proveir, un ample uniforme de l’entreferro i
donar una densitat de flux uniforme en tot punt situat sota les cares polars de la màquina.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 36 de 135
Figura 32. Induït d'un motor de corrent continu amb escombretes
5.2.1. Col·lector i escombretes
El col·lector està construït sobre l’eix del rotor en un extrem del nucli. Les bobines de l’induït es
disposen en les ranures del nucli, i els seus extrems estan connectats als segments del col·lector.
El col·lector està format per barres de coure aïllades unes de les altres amb baquelita. Les barres
de coure, o també denominades delgues, es dissenyen suficientment gruixudes per permetre un
desgast en la vida útil del motor.
Les escombretes del motor, han de tenir una alta conductivitat per reduir les pèrdues
elèctriques i un baix coeficient de fregament per reduir el desgast excessiu. Les escombretes són
fabricades d’un material molt més tou que el col·lector perquè la superfície d’aquest últim es
desgasti menys.
Per tal que les escombretes estiguin en tot moment en contacte amb el col·lector, s’han de
disposar uns ressorts perquè hi hagi en tot moment una pressió que obligui a l’escombreta a
tenir fregament directe amb el col·lector, ja que aquest contacte és el mitjà pel qual un motor
elèctric de corrent continu transforma voltatge corrent altern en continu.
Aquesta pressió ha de ser calculada minuciosament ja que si la pressió és molt gran, tant les
escombretes com les delgues del col·lector es desgastaran massa. I si la pressió és massa petita,
les escombretes tendeixen a recolzar-se lleugerament sobre el col·lector provocant una gran
quantitat d’espurnes en l’ interfície escombreta delga del col·lector.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 37 de 135
Figura 33. Portaescombretes d'un motor de corrent continu amb escombretes
5.2.2. Bobinat del rotor o induït
Els bobinats del rotor consten de bobines en forma de diamant, les quals estan inserides dins les
ranures de l’induït com una sola unitat. Cada bobina té un nombre de voltes o espires de fil i
cada volta ha d’estar aïllada de les altres espires i de la ranura del conductor. Cada costat d’una
volta es denomina conductor. El número de conductors en l’induït de la màquina està donat per:
(5.2.2.1)
On,
= nombre de conductors en el rotor
= nombre de bobines en el rotor
= nombre de voltes per bobina
5.2.2.1. Connexió dels segments de commutació
En els induïts de les màquines de corrent continu, el bobinat es distribueix en forma
d’enrotllaments distribuïts per cobrir tota la perifèria de la màquina, situant les bobines en les
ranures practicades en el nucli de l’induït.
La distància entre els segments de commutació als quals es connecten dos extrems d’una
bobina, s’anomena pas de col·lector. Si el final d’una bobina està connectat a un segment de
col·lector situat davant d’aquell en el qual està connectat el seu principi, el debanat s’anomena
debanat progressiu. Si el final d’una bobina està connectada a un segment del col·lector situat
rere d’aquell al qual està connectat el seu principi, el debanat s’anomena debanat regressiu, (la
direcció de gir serà oposada en un debanat progressiu a un de regressiu).
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 38 de 135
També podem trobar debanats símplex, debanat únic, complert, tancat sobre el rotor. I un
debanat dúplex: aquells que consta de dos grups complets i independents de debanat en el
rotor.
Els debanats dels induïts es classifiquen d’acord a la seqüència de les seves connexions als
segments de commutació:
Debanats imbricats
Consisteix en la connexió d’una o més voltes de fil amb els dos extrems de cada bobina a
segments adjacents de commutació.
Aquest debanat també pot ser progressiu si el final de la bobina està connectat al següent
segment adjacent al qual està connectat el seu principi, o regressiu si el final de la bobina està
connectat al segment de commutació anterior al segment adjacent el qual està connectat el seu
principi.
Figura 34. a) Bobina d'un debanat progressiu de rotor; b) Bobina d'un deban at regressiu de rotor
Debanat ondulat
Aquest tipus de bobinat es caracteritza perquè al bobinar es va recorrent l’induït i en
conseqüència el col·lector.
Consisteix en que cada segona bobina del rotor es connecta al segment del col·lector posterior
adjacent a aquell segment en el qual es connecta el començament de la primera.
Llavors, hi ha dos bobines en sèrie entre segments de commutació adjacent. A més, donat que
cada parell de bobines situades entre segments adjacents tenen un costat avall de cada cara
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 39 de 135
polar, tots els voltatges de sortida són la suma dels efectes de cada pol i no es produeixen
desequilibris de voltatge.
Figura 35. Diagrama de debanat ondulat del rotor
5.3.Funcionament: commutació
La commutació és el procés de convertir els voltatges i corrents alterns produïts en el rotor
d’una màquina en corrents continus en el seus terminals.
D’acord a la llei de Faraday, la f.e.m. induïda en una espira al girar dins d’un camp magnètic B,
serà:
(5.3.1)
On,
S = superfície de l’espira
= angle elèctric entre el vector inducció magnètica B i la superfície de l’espira
Tenint en compte que també es compleix:
(5.3.2)
On indica el nombre de rpm. de l’espira i prenen com a referència en t=0, obtenim la
següent f.e.m. en l’induït:
(5.3.3)
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 40 de 135
Que al comparar amb l’expressió general d’una f.e.m. alterna
(5.3.4)
Es dedueix, doncs, que la relació entre les r.p.m. de la màquina i de la freqüència
de les f.e.m. alterna obtinguda és:
(5.3.5)
(5.3.6)
És a dir, en l’espira s’obté una f.e.m. alterna, on la seva freqüència (f) és proporcional a la
velocitat de gir (n) i al nombre de parells de pols de la màquina (p).
Aquest procés converteix la velocitat angular de l’eix de la màquina en freqüència de la tensió
induïda.
Procés de transformació del corrent altern en continu
Per explicar aquest procés ens ajudarem de l’esquema més elemental d’una màquina amb un
parell de pols i una espira.
Observi’s la figura 36, on s’aprecia que els extrems de l’espira van a parar a un anell format per
dos segments de coure, denominats delgues. Sobre les delgues van col·locades unes
escombretes, fixes en el espai, a les quals es connecta el circuit exte rior. La missió del col·lector
és obligar que el corrent que circula pel circuit exterior circuli sempre en el mateix sentit, de tal
manera que encara que la f.e.m. induïda en l’espira sigui sinusoïdal, el corrent que travessi el
circuit sigui sempre unidireccional.
La posició de les escombretes en l’espai no és indiferent, ja que per poder rectificar totalment el
corrent altern de l’induït és necessari disposar-les de tal manera que la f.e.m. induïda en l’espira
sigui igual a zero en el moment en què l’escombreta passi d’una delga a una altre.
Com es pot comprovar en l’instant t1, el pla de l’espira és vertical, on el flux magnètic és màxim i
en conseqüència la f.e.m. induïda és nul·la, ja que en aquesta situació, les induccions en ambdós
trams de l’espira estan situats en la línia neutre.
Al passar l’espira del instant t1 a t2, la f.e.m. induïda anirà augmentant progressivament, ja que
va elevant-se d’inducció en els trams de l’espira, a l’apropar-se aquesta al centre dels pols. En
l’instant t2, la f.e.m. induïda serà màxima, ja que correspon a la màxima inducció en els trams de
l’espira. La f.e.m. en la part fosca de l’espira es dirigirà de (b) a (a), (sentit del producte vectorial
Bxv); mentre que en la part clara de l’espira, la f.e.m. s’induirà de (d) a (c), i d’aquí el sentit de la
desviació que apareix en el voltímetre de la figura 36 en l’instant t2, que es dirigeix de
l’escombreta negre a la blanca.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 41 de 135
Figura 36. Funcionament del col·lector i tensió obtinguda entre escombretes
Com vulgui que es mogui l’espira, l’escombreta negra/blanca serà sempre positiva/negativa, per
el que el corrent es dirigirà sempre en el circuit exterior des de l’escombreta negre a la blanca; el
que significa que la tensió de sortida té caràcter unidireccional.
Així doncs, amb un col·lector de delgues podem aconseguir que la forma d’ona que s’obté en el
circuit exterior sigui diferent a la forma d’ona que existeix en l’induït. En particular, una senyal
de corrent alterna en l’induït es transforma en corrent continua en el circuit exterior.
En la pràctica per obtenir una cc que tingui menor oscil·lació, s’augmenta el número de delgues
en el col·lector amb més bobines en l’induït. En la fig. 37 es pot observar la forma d’ona que
presenta un col·lector amb quatre delgues i dos espires: la forma d’ona posseeix menys variació
i s’apropa més a un corrent continu constant.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 42 de 135
Figura 37. Induït amb dues bobines i col·lector de quatre delgues
5.4. Corbes característiques i de funcionament
La millor manera de conèixer les característiques dels motors és analitzant les seves corbes de
funcionament, de les quals la més emprada és la corba que relaciona la velocitat i la intensitat
en funció del parell.
Dita gràfica és molt important ja que la superposició d’aquesta amb la gràfica parell-velocitat
donada pel ventilador que ha de moure el motor ens dóna el punt de funcionament del motor.
Figura 38. Corbes característiques de funcionament
5.5. Rendiment d’un motor de corrent continu
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 43 de 135
Els motors elèctrics prenen potència elèctrica i entreguen potència mecànica. Encara que no
tota la potència d’entrada al motor és entregada com energia útil, doncs sempre hi ha alguna
pèrdua associada al procés.
L’eficiència d’una màquina es defineix per l’equació següent:
(5.5.1)
La diferència entre la potència d’entrada i la de sortida del motor són les pèrdues que es
produeixen en el seu interior. Aleshores,
(5.5.2)
5.6. Pèrdues en els motors de corrent continu
En la transformació electromecànica que té lloc en una màquina elèctrica, una fracció de la
potència transformada es converteix en calor i no s’utilitza, constituent les anomenades pèrdues
en el motor.
Les pèrdues que es produeixen dins els motors elèctrics es poden dividir en:
Pèrdues elèctriques o en el coure
Són conseqüència de la inevitable resistència que presenten els conductors elèctrics, donant lloc
a una pèrdua en forma de calor per l’efecte Joule.
(5.6.1)
On RJ i ij representen, respectivament, la resistència i corrent que corresponen al bobinat j.
Denominant a la resistivitat dels conductors, a la seva longitud i a la seva secció
transversal:
(5.6.2)
Denominant a la densitat de corrent, és a dir, al quocient entre
i al ser el volum del coure
igual a , s’obté:
(5.6.3)
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 44 de 135
Que expressa les pèrdues del coure en funció de la resistivitat, la densitat de corrent i volum del
bobinat. Es pot observar que les pèrdues són proporcionals al volum del material i a la densitat
de corrent que circula pels conductors.
Pèrdues en les escombretes
Corresponen a la potència perduda a través del contacte potencial entre les escombretes.
(5.6.7)
On són les pèrdues en les escombretes, caiguda del voltatge en les escombretes i
corrent que circula per l’induït.
Les pèrdues en les escombretes es calculen mitjançant l’equació anterior ja que, la caiguda de
voltatge a través d’un conjunt d’escombretes és aproximadament constant en un ampli rang de
corrent en l’induït.
Pèrdues en el nucli
Es produeixen en tots els òrgans del motor que són recorreguts per fluxos variables. Es
componen de pèrdues per histèresi i pèrdues per corrents de Foucault. En les màquines de
corrent continu les pèrdues per histèresi i corrents paràsites, en una primera aproximació es
redueixen tan sols al paquet magnètic del rotor; però a l’hora d’efectuar els càlculs de
rendiment d’aquestes màquines, no es comptabilitzen.
(5.6.8)
Essent:
- i constants;
- , la freqüència;
- , la inducció màxima;
- l’espessor de les xapes magnètiques;
- , la conductivitat de les mateixes.
Pèrdues mecàniques
Les pèrdues mecàniques en un motor elèctric són les pèrdues associades als efectes mecànics.
Existeixen dos tipus bàsics de pèrdues mecàniques:
- Fricció pròpies
- Fricció amb l’aire
Les pèrdues per fregament pròpies són les degudes per fricció dels rodaments de la màquina,
mentre que les pèrdues per fregament amb l’aire són degudes per la fricció entre les parts
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 45 de 135
mòbils del motor i l’aire comprés dins l’estructura esmentada. Les pèrdues per fregament i
fricció són directament proporcionals a la velocitat, mentre que les pèrdues per ventilació es
consideren que varien al cub de la velocitat de rotació del motor.
Pèrdues disperses
Les pèrdues disperses són aquelles que no es poden classificar en alguna de les categories
indicades anteriorment.
6. Ús del motor elèctric dins l’automoció
6.1.Tipus de motors de cc en l’automoció
En el sector de l’automoció existeixen infinitat de motors elèctrics per diferents finalitats. A
continuació es descriuen els diferents tipus de motor elèctrics de corrent continu per les
diferents funcions que l’empresa dissenya i fabrica.
6.1.1. Motors per Sistemes de frenat
6.1.1.1. ESP/ABS MOTOR
Són motors amb un disseny de 4 pols amb dues o quatre
escombretes.
Tenen una vida útil fins a 800 hores.
6.1.1.2. Motors per la bomba elèctrica en el buit (motors EVP)
Aplicacions en vehicles híbrids i elèctrics.
Són motors amb un disseny de 4 pols amb dues o quatre
escombretes.
Durada de la resistència fins a 1.200 hores.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 46 de 135
6.1.2. Motors per elements de tancament
6.1.2.1. Motors pel sostre solar
Una nova generació de motors intel·ligents amb la funció
anti-serratge que ofereix un disseny flexible per satisfer les
necessitats del client a tot el món.
Concepte modular.
Embalatge compacte.
6.1.2.2. Motors pel tancament de portes
Motor pel moviment de la porta del darrere o maleter.
Millora de segellat contra la penetració de pols.
6.1.2.3. Motor alçavidres
El motor intel·ligent que proporciona una major seguretat
dels passatgers a causa d'una funció anti-serratge autoajustable.
Embalatge compacte i disseny personalitzat.
El muntatge vertical redueix el temps de fabricació i el
cost.
Carcassa de plàstic per reduir pes.
6.1.3. Motors per l’ajustament de seients
Motors reductors per l'ajust de reclinació del seients.
Actuadors lineals per regular l’alçada i la inclinació.
6.1.4. Motor per al flux d’aire
Pes optimitzat (500W = aprox. 1,8 kg).
Eficiència de fins al 75%.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 47 de 135
Aquest tipus de motor elèctric, emprat per la refrigeració del motor de combustió , és sobre el
que es realitzarà l’optimització mitjançant la reducció de coure en el col·lector.
6.2.Sistema de refrigeració per aigua
En l’interior del motor d’un automòbil, durant el seu funcionament, les temperatures assolides
en l’interior dels cilindres és molt elevada, superant els 2000 graus centígrads en el moment de
la combustió. Encara que aquesta temperatura assolida és instantània, la temperatura baixa
durant l’expansió i l’escapament. Tot i això, la temperatura mitja és molt elevada i, si no es
disposa d’un bon sistema de refrigeració per evacuar gran part del calor produït en l’explosió, la
dilatació dels materials seria tan gran que produiria en ells gripatges i deformacions.
Per tant, el sistema de refrigeració tindrà que evacuar el calor produït durant la combustió fins a
uns límits on s’obtingui el màxim rendiment del motor, però que no perjudiqui la resistència
mecànica de les peces ni el poder lubricant dels olis.
Figura 39. Esquema de refrigeració per bomba d'aigua
Aquest sistema consisteix en un circuit d’aigua, en contacte directe amb les parets de les
camises i càmeres de combustió del motor, que absorbeix el calor irradiat i el transporta a un
depòsit refrigerant on el líquid es refreda i torna al circuit per complir novament la seva funció
de refrigerant.
6.3.Elements que composen el circuit de refrigeració
El circuit de refrigeració dels motors esta format principalment per:
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 48 de 135
Radiador
Serveix per refredar el líquid de refrigeració. El líquid de l’interior del radiador es refreda
mitjançant l’aire que xoca contra la seva superfície metà l·lica.
Bomba d’aigua
La bomba d’aigua s’intercala en el circuit de refrigeració del motor. Té com a objectiu fer circular
l’aigua del circuit de refrigeració perquè el transport i l’evacuació del calor sigui més ràpid.
Termòstat
El termòstat s’utilitza per mantenir la temperatura de funcionament del motor entre uns límits
establerts.
Ventilador
El ventilador serveix per impulsar l’aire a través del radiador per obtenir una major i eficaç
refrigeració, sobretot a velocitats baixes .
El ventilador, a més de forçar el pas del aire a través del radiador per obtenir una refrigeració
més eficaç, també subministra una corrent d’aire al motor per refrigerar els elements externs,
com ara: l’alternador, bugies, col·lectors d’escapament, etc.
Existeixen dues configuracions bàsiques, que depenen de la posició que ocupen respecte el
radiador:
- Bufant: el grup motor ventilador està situat davant del radiador, és a dir, el
ventilador bufa l’aire cap el radiador.
- Aspirants: el grup motor ventilador està situat entre el radiador i el motor tèrmic,
per tant, el ventilador aspira l’aire a través del radiador.
7. Planificació Avançada de la Qualitat del Producte APQP
La Planificació Avançada de la Qualitat del Producte (APQP) és una metodologia on la cadena de
subministrament (proveïdors) participa amb el client del producte. L’APQP assegura que el
disseny i procés no tan sols compleixi amb les expectatives futures dels clients sinó que també
permet la participació en la cadena de subministrament i la interacció de grups per discutir la
millor manera d’assolir un disseny i procés sense fallades, incrementant la productivitat i
mantenint la qualitat desitjada pels clients.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 49 de 135
7.1.Fases de la vida d’un projecte
7.1.1. Fase 1: Selecció dels proveïdors
Els proveïdors potencials donen una sèrie d'especificacions funcionals (proveïdor-dissenyadors)
o especificacions tècniques (proveïdor-fabricant).
En aquesta etapa, els requisits són en relació amb:
Especificacions de productes
Costos de destinació
La qualitat i la logística
Són definits o actualitzats.
Plànols i especificacions de productes
Els proveïdors hauran de revisar els plànols, especificacions i controls.
Sol·licitud de cotització
En respondre a la sol·licitud de cotització (RFQ), el proveïdor haurà de presentar la
sol·licitud de pressupost signat amb un desglossament detallat dels costos.
Reunió abans d’atorgar del producte a un proveïdor
Abans de l'adjudicació de nous projectes, els proveïdors han de realitzar una reunió amb
els membres dedicats al nou projecte per discutir el disseny, les expectatives de qualitat,
plànols i especificacions de les peces.
Aquesta reunió es durà a terme per assegurar que els representants de proveïdors i
membres de l'equip poden compartir i resoldre problemes de fabricació / disseny abans
del PPAP.
Full de selecció de proveïdor (intern)
S'omple i es signa el full de selecció de proveïdors.
7.1.2. Fase 2: Validació del disseny
Els requisits són elaborats i discutits pel client i el proveïdor durant aquesta etapa. El final
d'aquesta etapa acaba amb l'aprovació de l'Expedient APQP del proveïdor.
Llançament de l’Arxiu APQP
S’inicia l'arxiu APQP i s'envia al proveïdor per la seva aprovació.
Revisió tècnica
Els proveïdors es reuniran amb els membres de l'equip dedicats a revisar el disseny i la
qualitat de les expectatives. És especialment important que els mètodes de mesurament
siguin revisats i acordats entre ambdues parts.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 50 de 135
Objectius i riscos
Es tracta d'una avaluació sobre les dates clau del projecte, el risc i el compromís de
qualitat.
Estudi de viabilitat i el compromís
Amb això es completa la confirmació de la viabilitat de la petició d'oferta.
Anàlisi de capacitat
Estudi sobre la capacitat del proveïdor per complir la capacitat prevista.
Construcció i validació de prototips
Per a la fabricació de prototips o peces pre-producció, els proveïdors hauran d'imitar el
seu procés de producció previst tant fidelment com sigui possible. Si els proveïdors de
prototips i peces de sèrie són diferents, el proveïdor de les peces prototip haurà de
compartir amb el proveïdor de la producció en sèrie el coneixement dels processos
reunits a fabricació de prototips.
S’ informarà al proveïdor sobre la quantitat a lliurar.
Una vegada que un proveïdor comença a entregar peces, dins el marc del
desenvolupament del procés i la fase de validació, qualsevol canvi en el procés
requereix notificació al client. Aquests canvis poden incloure sub- proveïdors, addició /
supressió dels béns d'equip, eines i / o mesuradors, fabricació metodologia.
Les peces prototips hauran d'anar acompanyades d'un informe d'inspecció complet
(certificat de materials, metrologia, elèctrica ...)
Contracte i ressenya acord
Contracte de Subministrament
Acord d'Assegurament de la Qualitat
Contracte d'Eines
Protocol de consignació contracte i / o logística
Congelació de disseny
Els plànols prototip o pre-sèrie es converteixen en plànols de sèrie
L'acceptació de l’arxiu APQP
El proveïdor signa la portada del APQP per aprovar el contingut necessari i les
prestacions de la fase 2 (Objectius i riscos, estudis de viabilitat i el compromís, l'anàlisi
de la capacitat).
7.1.3. Fase 3: Procés de disseny i desenvolupament dels proveïdors
Aquesta fase representa el temps durant el qual el proveïdor completa els seus dissenys per a la
mecanització d’eines, muntatge línies / cèl·lules, mesurant i identificant el capital addicional que
requereix per fabricar la peca o component.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 51 de 135
La proveïdor ha de recollir les dades necessàries per garantir que els productes fabricats
compleixen plànols, especificacions, i requisits de capacitat abans de la seva aprovació.
Durant aquesta fase, el proveïdor haurà de:
Notificar tots els riscos que puguin afectar la integritat dels productes o el pla del
projecte.
Posar en pràctica tècniques (control 100% o Poka-yoke) sempre que existeixi un possible
tipus de falla per aconseguir zero defectes.
Identificar els canvis necessaris per satisfer les especificacions del producte o procés.
Calibre/ Revisar / eines / equips
El proveïdor ha de revisar la disponibilitat d'indicadors, utillatges i equips i informar
sobre aquelles qüestions que puguin afectar els terminis i la qualitat de la peça.
Definir embalatge
L'embalatge haurà de ser definit pel proveïdor en la part 9 de l'arxiu APQP i validada.
L'embalatge ha de ser definit d'acord amb l'última edició del Ma nual de logística per als
proveïdors.
Maquinària llesta per la producció en sèrie
Aquesta fase acaba quan el proveïdor posseeix ja l’equipament de sèrie, és a dir l'eina,
béns d'equip, equips de muntatge i / o calibratge, i és lliurada a les instal·lacions del
proveïdor.
7.1.4. Fase 4: Validació del producte i procés del proveïdor
Primera fabricació de peces fora de procés
El proveïdor ha de realitzar una validació interna del producte i el procés a través d’una
producció de lots representant.
Prova de validació completa
El client defineix quines proves són necessàries.
El proveïdor haurà de lliurar les peces d'acord a la demanda del client que han de ser
representatives del procés en sèrie amb un informe de mesurament complet de 5 peces
com a mínim (per cavitat).
Aprovar sub-proveïdors PPAP
El proveïdor és responsable de revisar i aprovar els paquets PPAP dels seus proveïdors.
Una còpia d'aquests documents, pot ser necessària pel PPAP.
Realitzar auditoria de producció
L’objectiu d’aquesta auditoria és validar el flux de procés, la qualitat i la capacitat dels
requisits establerts.
Es tracta d’auditar una producció sencera per comprovar si la capacitat dels cicles és
adequada, i si es compleixen les expectatives de qualitat i rendiment. Aquesta auditoria
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 52 de 135
ha d’auditar una producció significativa i serà de vuit hores de producció, i amb una
quantitat de producció com a mínim de 300 parts consecutives, llevat que s'especifiqui
el contrari pel SQA.
La puntuació de l'auditoria avalua l'estat de preparació del procés del proveïdor. Vegi’s
la taula a continuació:
Figura 40. Taula de Puntuació per auditoria
Enviar PPAP
El proveïdor presentarà el paquet PPAP.
Aprovació PPAP
L’enginyer de Producte és responsable de l'aprovació del PPAP.
7.1.5. Fase 5: Gestió PQA (Assegurament de Qualitat del Producte)
Una vegada que s'han acceptat les mostres inicials, els lliuraments estan subjectes a una
inspecció inicial en un període de prova.
L’empresa comprova que el producte estigui fabricat d'acord amb els documents APQP i que les
peces no presenten cap disconformitat.
Si es produeix un incident, la peça serà sotmesa a un nou període de prova després d'un pla
d'acció apropiat.
Pla d'Inspecció entrant
L’enginyer de Producte defineix el pla d'inspecció inicial.
Informe setmanal
Quan es demani, el proveïdor haurà d’enviar durant 3 mesos un informe setmanal de
mesurament intern de la peça.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 53 de 135
Tancar arxiu APQP
L'arxiu APQP està tancat i signat.
Validar PQA
El PQA és una part que no està subjecte a control inicial i la conformitat està garantida
pel proveïdor.
Abans de poder començar amb lliuraments PQA, no s’ha esdevingut cap incident amb
les peces entregades durant el període de prova i s'han d'haver assolit els objectius de
qualitat.
Si s'han complert totes les condicions anteriors, es dóna al proveïdor la data en què els
lliuraments PQA poden començar.
Tots els lliuraments PQA han de ser identificats per una etiqueta PQA en totes les caixes,
contenidors, etc.
El proveïdor ha d'estar en condicions d'informar a l’empresa dels resultats de les
inspeccions dutes a terme per cada lot lliurat, amb els requisits del pla de control de
proveïdors.
8. Descripció de la modificació en el conjunt motor
La modificació consisteix en reduir en 0,2mm d’espessor de coure el diàmetre del col·lector d’un
motor elèctric de corrent continu amb escombretes d’excitació independent, és a dir, l’excitació
del induït es realitza mitjançant imants permanents. La reducció s’efectuarà sense modificar el
diàmetre exterior, ja que reduint el diàmetre exterior, el radi que tenen les escombretes en
l’extrem que estan amb contacte amb el col·lector no encaixarien bé i es produiria soroll.
Figura 41. Modificació de la reducció de coure en el col ·lector. A la figura de l’esquerre es pot veure el disseny del col·lector amb la modificació realitzada i a la dreta com era abans de la reducció de coure
Amb la finalitat de que la diferència de potencial entre les delgues no sigui tan alta que pugui
produir guspires en el col·lector, es procura que el nombre de delgues sigui relativament alt. Les
delgues són de coure endurit a les que se li dóna la forma adequada per poder ser muntada en
l’eix del motor. Cada delga en la seva part inferior té forma de ganxo, que serveix perquè hi hagi
contacte amb el fil de cada bobina corresponent, per mantenir un bon contacte elèctric.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 54 de 135
Per evitar que les delgues puguin sortir del col·lector degut a la força centrípeta a la que estan
sotmeses, es construeixen en forma de cua de Milano.
Vegi’s l’annex 1 on s’adjunta el plànol del col·lector desprès de la modificació, i l’annex 2 on
s’adjunta el procés seqüencial de la fabricació del col·lector.
Figura 42. Detall de la secció de la delga
9. Paràmetres que afecten en la reducció de coure en el col·lector:
AMFE
L’AMFE (Anàlisi Modal de Fallada i Efectes) és una tècnica analítica per assegurar que s’han
considerat i estudiat cadascuna de les potencials fallades d’un disseny o procés, i identificar les
accions a prendre per prevenir o detectar defectes o problemes potencials.
L’AMFE es basa en la valoració de fallida segons tres criteris:
Freqüència: probabilitat d’ocurrència o presentació de la fallada.
Gravetat: importància (repercussió i perjudicis) que tindria la fallada, segons la
percepció del client.
Detecció: Probabilitat de que la fallada no sigui detectada abans de que el
producte arribi al client ( o la següent fase el procés).
9.1.Avantatges i beneficis que comporta l’ús del AMFE
- Reducció considerable del temps de llançament i del cost, al no produir-se fallades, no
ser necessaris redissenys i modificacions, i eliminar gran part dels assajos i proves
necessàries.
- Millora continua de la qualitat, aprofitant el potencial humà, la recopilació metòdica
d’informació, la possibilitat de participació del personal, tenint en compte que,
mitjançant l’AMFE, s’obté una visió global del procés.
- Augmentar la fiabilitat dels productes i serveis i, en conseqüència, aconseguir satisfer al
client.
9.2.Tipus d’AMFE
AMFE DE DISSENY
El seu objectiu és la investigació preventiva del disseny de productes o serveis determinats,
incloent components, sistemes, etc.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 55 de 135
Mitjançant l’eina AMFE, es pretén destacar, en les fases inicials del procés de disseny, qualsevol
problema que pugui afectar al resultat final del producte, les seves repercussions en el client,
així com els problemes que poden sorgir en la fase de fabricació o aplicació.
L’AMFE de disseny s’ha d’aplicar sobre la peça i també sobre tot el conjunt, analitzant els
diferents sistemes, components que poden ser afectats, amb l’objectiu de garantir:
- El correcte funcionament de tots els elements.
- La possibilitat de fabricar-lo conforme especificacions sense fallades.
- Que el producte final sigui capaç d’aconseguir les prestacions requerides.
AMFE DE PROCES
Aquest tipus va aplicat i dirigit l’anàlisi de tipus de fallades potencials i els seus efectes durant el
procés seguit per obtenir els productes o servei.
En aquest AMFE, s’inclou l’anàlisi dels mitjans de producció utilitzats per assegurar el bon
funcionament del procés, i en conseqüència, aconseguir que el producte final obtingut sigui
fiable.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 56 de 135
AMFE de Disseny en la reducció de coure en el col·lector
Funció Mode
potencial de fallada
Efecte del mode de fallada
C S Potencial arrel de mode de fallada
O Control D RPN
Accions
Nou RPN
desprès d’implementar
l’acció Accions
per
reduir RPN
Responsable
Acció realitzada
S O D RPN
COLECTOR
Subjecció o connexió de les
bobines durant el procés de
bobinat
El fil no connecta
correctament en el
col·lector
Característiques disminuïdes Disminució de la
vida
5
Defecte en ganxos del
col·lector: dimensions errònies
3
Sobretensió i/o rotor bloquejat
Assaig de vida Marxa de prova en la línea d’induïts
1 15
5 Material no conforme mecànicament
5
Normativa interna sobre
especificacions del col·lector
1 25
Assegurar un bon contacte
elèctric amb les
escombretes
Contacte
irregular
Soroll Vibracions Característiques
disminuïdes Disminució de la vida
Mpto 6
Salt entre delgues per
material defectuós, rugositat incorrecte o espessor de la delga
incorrecte
3
Especificació en plànols.
Criticitat. Normativa interna sobre especificacions del
col·lector
1 18
Mpto 6 Superfície incorrecta. Col·lector ovalat
3
Assaig sobretensió i /o rotor bloquejat Normativa interna sobre
especificacions del col·lector
1 18
Falta de contacte per
desgast de la delga
Disminució de
vida Mpto 6
Espessor de la delga
massa fi 3 Assaig de vida 1 18
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 57 de 135
Les funcions del col·lector, que es podrien veure afectades per la reducció de l’espessor del
coure en les delgues, són subjectar i enganxar el bobinat i assegurar un bon contacte elèctric
amb les escombretes.
Això comportaria que el fil, durant el bobinat, no enganxés correctament en el ganxo de la
delga, produint una disminució de les seves característiques i disminució de la seva vida.
Aquesta pèrdua de funció del col·lector seria a causa d’algun defecte en el ganxo del col·lector,
com ara dimensions fora de plànol, propietats elèctriques diferents, i propietats mecàniques
disminuïdes a causa de la reducció de material. El control a realitzar perquè aquesta pèrdua de
funció del col·lector no s’esdevingui, serà:
Un assaig de sobretensió i/o rotor bloquejat i un assaig de vida per comprovar que les
seves propietats elèctriques no es veuen afectades.
Per comprovar que no existeix cap defecte en el ganxo, i que les dimensions estan
d’acord amb el plànol, s’haurà de realitzar un control dimensional de les peces i un test
de prova en la línia de muntatge d’induïts.
Per comprovar les seves propietats mecàniques, es realitzarà un seguit de proves
especificades en la norma interna, explicades en l’apartat de test, i proves realitzades
per a l’homologació d’aquesta modificació.
En aquest cas el nombre de RPN, que és la multiplicació del coeficient de Severitat (S), que ens
mostra la importància que tindria la fallada segons la percepció del client; el coeficient
d’Ocurrència (O), és la probabilitat de presentació de la fallada i el coeficient de no Detecció (D),
que ens indica la probabilitat de que la fallada no sigui detectada abans que el producte arribi al
client o passi a la següent fase. Aquest valor mentre és més petit o igual a 36, no és necessari
realitzar cap acció, mentre que quan és superior cal plantejar un pla d’acció a realitzar per reduir
aquest valor.
En l’AMFE de disseny, cap valor de RPN assoleix o supera el valor de 36, per tant no és necessari
realitzar cap pla d’accions.
AMFE de Producte
Funció Mode
potencial de fallada
Efecte del mode de fallada
C S
Potencial arrel de
mode de fallada
O Control D RPN
Accions
Nou RPN desprès
d’implementar l’acció
Accions per reduir
RPN
Responsable Acció realitzada S O D
Assegurar un bon contacte elèctric amb
les escombretes
Desgast excessiu de les delgues
del col ·lector
Soroll i vibracions
Característiques disminuïdes
Disminució de la vida
5 Espessor de
la delga massa fi
2 Assaig de
vida 5 50
Fer una assaig de
vida
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 58 de 135
AMFE de Procés
Funció
Mode
potencia l de fallada
Efecte del
mode de fallada
C S
Potencia l arrel
de mode de fallada
O Control D RPN
Acció
Nou RPN desprès
d’implementar l’acció
Acció per reduir RPN
Responsable
Acció realitzada
S O D
Fase 40 Bobinat del induït
Falta una connexió
Induït defectuós
5
El fil s’escapa del
tub de retenció perquè e l tub no arriba al final del ganxo degut a un
canvi de
geometria en la delga del col·lector
6
Control paràmetres elèctrics +
possible fa llada
en les bobinadores
1 30
Modificar geometria del tub de retenció afegint un xamfrà interior
de 12º per evitar interferència amb el ganxo
El més important a tenir en compte en aquesta modificació/optimització del conjunt motor és la
seva possible fabricació i introducció en la línia de muntatge sense cap tipus de parada
imprevista.
Primerament, la seva possible fabricació, és a dir que les delgues del col·lector han de presentar
les mateixes propietats mecàniques que sense aplicar-li la reducció de coure.
En l’Annex 3 es poden consultar els valors que adopten els coeficients en funció dels criteris
finals del client.
10. Assajos realitzats: DVP&R
DVP&R (Desingn Verification Plan and Report) és un pas essencial en el desenvolupament de
qualsevol producte. També conegut com a proves de qualificació, DVP&R assegura que el
producte tal com va ser dissenyat és el mateix que el producte final.
Les activitats del projecte en què el DVP&R és útil:
Concepte fins al disseny detallat
Especificació del Desenvolupament
Disseny detallat a través de Pre-Producció
Producció
Les proves poden ocórrer en molts punts durant el procés de disseny, des del desenvolupament
del concepte fins la post-producció. Aquesta eina es centrarà principalment en les proves de
prototip però moltes de les directrius que es proporcionaran es poden aplicar a totes les proves.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 59 de 135
10.1. Tipus de proves a realitzar en un DVP&R
Proves de desenvolupament dutes a terme amb els materials, models o subconjunts.
Són útils per determinar la viabilitat de les idees del disseny i l'obtenció de
coneixements que encara dirigeixen el disseny. Els resultats d'aquestes proves no es
poden considerar proves de verificació però, el seu ús pot ser crucial.
Proves amb prototips es produeixen amb els elements que s'assemblen molt al
producte final. Aquestes proves generalment emfatitzen el producte fins i més enllà de
les condicions d'ús especificades i poden ser destructius. Les proves poden ocórrer a
molts nivells. Generalment, com més complex sigui el producte, més nivells de proves.
Per a un sistema complex, les proves es poden dur a terme a nivell d'unitat, nivell de
subsistema, finalment, a nivell del sistema. Les proves amb prototips permet la
correcció de les deficiències i posteriors re-proves abans dels grans compromisos que es
fan per inventari i disponibilitat de la producció.
Test de resistència és un altre tipus de proves de verificació del disseny que empra
prototips. En lloc de provar amb les especificacions, les proves de resistència estan
dissenyades per avaluar el producte al fracàs. Per exemple, si una taula està dissenyada
per suportar una certa quantitat de pes, el test de resistència s'utilitza per assegurar que
la taula pot suportar el pes especificat més un factor de seguretat per defecte. En
aquest test de resistència es continuaria carregant la taula fins que arribi al fracàs,
probablement més enllà dels límits especificats. Aquestes proves sovint s'utilitzen per
determinar si pot ocórrer eventuals falles. Aquesta informació pot ser útil per identificar
els problemes de garantia i costos potencials.
Les proves d'acceptació és una forma d'assaig no destructiu que es produeix amb les
unitats de producció. Depenent de la criticitat dels errors, costos dels assajos i el
nombre d'unitats produïdes, les proves es poden dur a terme en unitats de producció
inicials i / o mostres a l'atzar o especificada (per exemple, cada unitat 10a), o cada unitat
produïda.
10.2. Mètodes de verificació
Hi ha un nombre de mètodes que es poden utilitzar en les proves de verificació. Alguns són
relativament barats i ràpids, com ara la inspecció, mentre que altres poden ser costós i
complicat, com les proves funcionals.
Demostració. Les demostracions es poden dur a terme en entorns reals o simulats. Per
exemple, si una especificació per a un producte requereix que sigui operable amb una
mà, probablement el mètode més simple de verificar aquest requisit és tenir algú en
realitat utilitzant el producte amb una mà. Com registre de la prova, pot ser acceptable
que simplement la prova de testimonis o, alternativament, gravada en vídeo. El cost
d'una demostració variarà en funció de la complexitat de la demostració, però la majoria
són relativament barats.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 60 de 135
Inspecció. La inspecció general s'utilitza per verificar els requisits relacionats amb les
característiques físiques. Per exemple, si una especificació requereix que el producte
sigui d'un color determinat, una certa alçada o etiquetats d'una manera específica, la
inspecció es pot utilitzar per confirmar que s'han complert els requisits. La inspecció és,
habitualment, un dels mètodes de verificació menys costosos.
Anàlisi. Típicament, l'anàlisi s'utilitza sovint en el disseny d'un producte. També es pot
utilitzar per verificar el disseny i és sovint el mètode preferit si la prova no és factible o
el cost de la prova és prohibitiu, i el risc és mínim. Per exemple, l'anàlisi pot ser utilitzat
per donar suport l'argument que el producte tindrà una vida útil de 25 anys.
Similitud. Si un disseny inclou característiques o materials que són similars als d'un
altre producte que ha assolit o superat les especificacions actuals, un anàlisi de similitud
pot ser utilitzat per verificar un requisit. Per exemple, si una especificació requereix que
un producte sigui resistent a l'aigua i els materials utilitzats s’'han demostrat en altres
aplicacions ser resistents a l'aigua, una anàlisi de similitud podria ser utilitzat.
Proves. La prova pot ser un dels mètodes de verificació més cars, depenent de la
complexitat, així com els requisits d'equip i les instal·lacions. No obstant això, de
vegades és l'únic mitjà acceptable per a la verificació dels molts aspectes d'un disseny.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 61 de 135
10.3. DVP&R: Reducció de coure en el col·lector
Tipus de test Procediment del test Responsable de
l’assaig Criteri a seguir
Mostres assajades OK NOK
Quant. Tipus Resultat del test
Salt entre delgues
Normativa interna Planta Comparativa amb peces
sèrie 30 IS X
Resistència mecànica
extracció de la delga Normativa interna Proveïdor 100% conforme 10+5 IS X
Punts de funcionament Especificació segons plànol Planta Comparativa amb peces
sèrie 4+4 IS X
Sobretensió Normativa client Planta Comparativa amb peces
sèrie 2 + 2 IS X
Assaig de vida Normativa client Planta Comparativa amb peces
sèrie 4 + 2 IS X
Test de Producció Normativa interna Planta 100% conforme 1000 IS
X
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 62 de 135
10.4. Assajos realitzats
10.4.1. Salt entre delgues
La característica de salt entre delgues està recollida dins una especificació tècnica interna que
tracta sobre els requisits que han de complir els col·lectors. Aquesta normativa exigeix que el
màxim salt de delgues esdevingui de 3μm.
Es tracta doncs d’evitar el possible soroll i, conseqüentment, vibracions en el conjunt motor que
provocaria un salt de delgues major de 3μm. Aquest soroll i vibracions són degudes al mal
contacte entre la part mòbil (col·lector) i la part fixa (escombretes) on les seves característiques
de funcionament es veurien afectades amb una disminució de la vida de les escombretes
(desgast excessiu), conseqüentment amb una disminució de la vida del motor.
El criteri d’acceptació d’aquest assaig és que passi la normativa al 100%.
A més a més de comprovar que els col·lectors amb la reducció de coure en el col·lector estan
d’acord amb la normativa interna, més endavant també es realitzaran uns estudis de capacitat
per conèixer els valors del Cp i Cpk, per comprovar la desviació del procés i mitjançant gràfics de
control per delimitar l’estabilitat del procés.
El procediment per obtenir els valors de salt entre delgues consisteix en col·locar l’induït en un
suport on el farà girar lentament sobre el seu eix mentre un làser d’alta precisió va mesurant la
forma del perímetre del col·lector. Les dades que ens mostra per pantalla són les següents:
Figura 43. Imatge dels paràmetres que mostra el monitor que comprova el salt entre delgues.
On el primer valor és l’espai entre delgues i el segon el salt entre delgues.
S’han analitzar 30 mostres, on cap d’elles, desprès del tornejat, ha superat el valor de 3μm, així
doncs podem dir que el resultat d’aquest test és OK.
Vegi’s l’Annex 4 per consultar els resultats obtinguts.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 63 de 135
10.4.2. Resistència mecànica: Extracció de delga
Es tracta d’una normativa interna, que fa referència a la força d’extracció de les delgues.
Aquesta ha de ser major a 20daN. Aquest assaig es realitza amb l’objectiu de comprovar que les
delgues aguanten una força d’extracció major a la que suporten quan el motor estigui en
funcionament degut a la força centrípeta del rotor.
El criteri d’acceptació d’aquest assaig és que sigui 100% conforme a la l’especificació de la
normativa interna.
El resultat del test és OK, és a dir, els resultats obtinguts són 100% conforme a la normativa
interna i en l’annex 5 es poden observar els resultats obtinguts.
10.4.3. Punt de funcionament
Comprovar que amb la reducció de coure en el col·lector no varien els punts de funcionament
del conjunt motor. Els punts de funcionament estan d’acord amb les especificacions de cada
conjunt motor dins els plànols del conjunt motor.
El criteri d’acceptació d’aquest assaig correspon a fer una comparativa amb la configuració que
ja existeix en sèrie, amb una desviació acceptada del 3%.
En l’annex 6 estan els punts de funcionament i es pot comprovar que ni la velocitat, ni la
intensitat ni el rendiment mostren una desviació superior al 3%. També es poden observar les
corbes característiques dels motors on s’han extret els punts de funcionament.
10.4.4. Sobretensió
Aquesta prova especifica el procediment d'assaig de la immunitat dels dispositius a sobretensió
positiva. Es realitzarà segons:
Abans del test
- Es mesurarà el punt de funcionament en el fre segons les especificacions del
plànol del motor a 25ºC
Condicions del test:
- Part 1: mostra 1 (reducció de coure en el col·lector) i mostra 3 (sèrie)
Pre-escalfar el motor a la seva temperatura màxima (85ºC)
Aplicar un voltatge de 26V durant un minut
- Part 2: mostra 2 (reducció de coure en el col·lector) i mostra 4 (sèrie)
Motor a temperatura ambiental (25ºC)
Aplicar un voltatge de 23V durant un minut
Desprès del test:
- Mesurar el punt de funcionament en el fre d’acord amb les especificacions del
plànol del conjunt motor.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 64 de 135
En l’annex 7 es poden observar els resultats obtinguts dels punts de funcionament al fre abans i
desprès de passar el test de sobretensió.
Figura 44. Aspecte del bobinat i de la placa porta escombretes de la mostra 1
Figura 45. Figura 51. Aspecte del bobinat i de la placa porta escombretes de la mostra 3
En les figures anteriors es pot observar l’aspecte dels motors que han realitzat la part 1 del
assaig de sobretensió. Aquest problema és degut a les altes temperatures registrades en la placa
portaescombretes, provocant que el plàstic de la placa es fongui bloquejant les escombretes en
els punts de màxima temperatura.
Les altes temperatures assolides en el col·lector, causen deformacions en les delgues i,
conseqüentment, augmenten les pèrdues per contacte entre les escombretes i el col·lector,
incrementant la degradació i l’escurçament de la vida de les escombretes.
Figura 46. Aspecte del bobinat i de la placa porta escombretes de la mostra 3
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 65 de 135
Figura 47 Aspecte del bobinat i de la placa porta escombretes de la mostra 3
Es pot observar el canvi d’aspecte i de punts de funcionament entre la primera part de l’assaig i
la segona. Això es degut als forts pics d’intensitat que experimenten els motors a 26V, com es
pot apreciar en l’annex 7, les gràfiques dels valors registrats durant l’assaig.
El criteri d’acceptació d’aquest assaig correspon a fer una comparativa amb la configuració q ue
ja existeix en sèrie. La nova configuració ha de ser igual o millor que les parts en sèrie, tant en
soroll, en el punt de funcionament i salt de delgues, així doncs, podem dir que, com cap dels dos
motors passa l’assaig, i donarem un resultat OK, ja que no s’han detectat modificacions o
alteracions respecte a la configuració en sèrie.
10.4.5. Assaig de vida
El propòsit d’aquest assaig és verificar el comportament del motor sota les condicions que es
descriuen en la gràfica següent:
Figura 48. Esquema de Temperatura i Voltatge que s'ha de segui a l'assaig
El criteri d’acceptació és el correcte funcionament del motor desprès de passar l’assaig de vida.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 66 de 135
En aquest test els 4 motors assajats han passat correctament les 1200 hores d’assaig de vida.
Desprès del test els motors són correctes. No hi ha cap soroll anormal, deformacions , esquerdes
o afluixament en els parts mòbils. Es poden comprovar els resultats obtinguts en l’annex 8.
10.4.6. Test de producció
El test de producció, és una prova o assaig d'alguna cosa nova i no provada per avaluar la seva
eficàcia. Per poder avaluar aquesta prova, la peça en qüestió, ha de ser capaç de passar
correctament tots els controls de la línia d’induïts.
Tots els controls presents en la línia de muntatge són recollits en un document anomenat Pla de
control.
10.4.6.1. Pla de control
El propòsit del pla de control, és el de procurar un resum documentat del sistema emprat per
minimitzar la variació del producte i del procés.
Un pla de control descriu les accions requerides en cada fase del projecte, incloent la recepció
de materials, la fabricació, l’emmagatzematge i enviaments, per assegurar que totes les sortides
del procés siguin controlades. Durant la producció, els plans de control descriuen els controls
realitzats en el procés productiu per controlar les seves característiques.
Els plans de control són mantinguts i emprats durant tot el cicle de vida. A l’inici de la vida del
producte, el seu propòsit és documentar i comunicar el pla inicial de control del procés.
Posteriorment, el propòsit és guiar la fabricació a controlar el procés productiu i assegurar la
qualitat del producte. Finalment, el Pla de Control, reflexa els mètodes de control i mitjans
utilitzats en el sistema de control del procés.
Els beneficis que aporta el seguiment d’un bon pla de control són:
Qualitat
Redueix el rebuig i millora la qualitat dels productes durant el disseny, fabricació i muntatge. Els
plans de control identifiquen les característiques dels processos i ajuden a identificar les seves
fonts de variació que causen alteracions en les característiques del producte.
Satisfacció del client
Els plans de control focalitzen els esforços i recursos sobre processos i productes relatius a les
característiques que són importants per al client.
Comunicació
Els plans de control són documents vius que identifiquen i comuniquen canvis en les
característiques dels productes i processos, mètodes de control, i característiques dels sistemes
de mesura.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 67 de 135
10.4.6.2. Resposta Ràpida de Control de Qualitat (QRQC)
El QRQC (Quick Response Quality Control) consisteix en reunions periòdiques realitzades pels
responsables del departament i del procés on es transcriuen sobre un panell les incidències
detectades. QRQC serveix per donar una ràpida resposta a les fallades, ja que en el panell hi ha
d’haver els problemes sorgits i les solucions acordades per resoldre’ls. A més, permet fer un
seguiment del estat de la resolució al quedar exposada en un lloc públic i visible en el centre de
treball.
Les reunions es celebren diàriament i involucren a qui tingui responsabilitat en les incidències i
en les seves resolucions. El cap de qualitat també intervé com a facilitador per realitzar les
preguntes correctes i impulsar la implantació de plans d’acció.
Parts del panell
En el panell han de figurar al menys, les següents solucions:
Incidència detectada
Departament o client afectat por la incidència
Data
Responsable
Descripció del problema de manera que permeti identificar la causa
Pla d’acció
Nivell de prioritat
Data límit per implantar la resolució
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 68 de 135
10.4.6.3. Pla de control línia d’induïts
PLA DE CONTROL
Flux del procés Característiques Mètodes Avaluat
per
Reacció a situació
d’anomalia Nº Fase/operació Paràmetre procés Característica producte Especificació Técnica d’avaluació
Freqüència de la
mostra
0 Control de
recepció
- Dimensional peces
- Assajos funcionals
Totes les
referències i
peces
Pautes de control
- 6 primeres
entregues o
- 6 entregues rere
algun incident
Control
qualitat
recepció
Tractament de problemes
qualitat recepció amb
proveïdor
1
Preclavat eix
paquet de
platines
Comprovar referències del lot
(platines i eix) BOM
Visual (referències
de l’etiqueta caixa i
BOM es la
mateixa)
Aprovació primeres
peces (principi de
torn i canvi de sèrie)
operari Buidar la línia
Paquet de platines invertit Pautes de
control
Automàtic POKA-
YOKE 100% Maquinària Ompli fitxa d’incidència
Control del eix invertit (i si
es llis o amb ranura)
Pautes de
control
Automàtic POKA-
YOKE 100% Maquinària Ompli fitxa d’incidència
Comprovar la cota de pre-clavat
eix i paquet de platines
Pautes de
control Visual
Aprovació primeres
peces (principi de
torn i canvi de sèrie)
Operari Ompli fitxa d’incidència
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 69 de 135
2
Assemblatge
estrelles aïllants
Control correcte de referència
estrelles BOM
Visual (referències
de l’etiqueta caixa i
BOM es la
mateixa)
Aprovació primeres
peces (principi de
torn i canvi de sèrie)
Operari Canviar material
Comprovar mida estrelles - Pautes de
control
Automàtic POKA-
YOKE 100% Maquinària QRQC línia
Comprovar presencia
d’estrella aïllant
Pautes de
control
Automàtic POKA-
YOKE 100% Maquinària QRQC línia
3 Assemblatge
col·lector
Control correcte de referència
col·lector BOM
Visual (referències
de l’etiqueta caixa i
BOM es la
mateixa)
Aprovació primeres
peces (principi de
torn i canvi de sèrie)
Operari Canviar material
Comprovar correcte angle
de decalat
Pautes de
control
Automàtic POKA-
YOKE 100% Maquinària Manteniment
Comprovar correcte altura
del col·lector
Pautes de
control
Automàtic POKA-
YOKE 100% Maquinària Manteniment
4 Bobinat induït
Fil trencat Pautes de
control Automàtic 100% Maquinària
Verificar si la tensió a la que
està sotmesa el fil de coure és
major a l’indicat en la pauta de
control
Verificar que el carret no sigui
defectuós; obrir QRQC
proveïdor
Comprovar tensió fil Programa
bobinadora
Detectors
inductius de
posició del braç
100% Maquinària Manteniment
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 70 de 135
5
Soldadura
delgues del
col·lector
Comprovació visual del aspecte de
la soldadura:
- Bon aspecte
- Fil no tallat
Pautes de
control
Visual (totes les
delgues soldades i
sense contacte
entre elles)
Aprovació primeres
peces (principi de
torn i canvi de sèrie)
Operari
Ajustar maquinària
QRQC línia
Control automàtic de paràmetres
elèctrics + esforç
Pautes de
control
Autocontrol 100%
paràmetres
elèctrics (Tèster
automàtic)
100% Tèster Manteniment
6
Control de les
característiques
elèctriques del
induït
Comprovació correcte
funcionament del tester
Correcte número
de programa Visual
Aprovació primeres
peces (principi de
torn i canvi de sèrie)
Operari Carregar el programa correcte
Control dels paràmetres elèctrics
del tester:
-Soldadura de les delgues (Rs)
-Equivalència entre bobines (Rb)
-Rigidesa dielèctrica (HV)
-Resistència a 180˚C (R180)
-Prova de sobretensió
Pauta de control Automàtic 100% Maquinària Obrir fitxa d’incidència qualitat
7 Compactació del
induït Cota reclavat eix paquet Pauta de control Calibre induït
Aprovació primeres
peces (principi de
torn i canvi de sèrie)
Operari
Revisar bobinadora i màquina
de reclavat
Obrir QRQC línia
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 71 de 135
8 Tornejat i neteja
del col·lector
Comprovar aspecte visual Pauta de control Automàtic
Aprovació primeres
peces (principi de
torn i canvi de sèrie)
Operari Obrir QRQC línia
Comprovar paràmetres que
afecten al acabat superficial del
col·lector
Pautes de
control Automàtic
Aprovació primeres
peces (principi de
torn i canvi de sèrie)
Operari Obrir QRQC línia
9 Equilibrat
Comprovar correcte equilibrat
(10gxmm)
Pautes de
control Automàtic 100% Maquinària Manteniment
Comprovar la correcte
posició del paquet Pauta de control Automàtic 100% Maquinària Manteniment
10
Control de les
característiques
elèctriques del
induït
Comprovació correcte
funcionament del tester
Correcte numero
de programa Visual
Aprovació primeres
peces (principi de
torn i canvi de sèrie)
Operari Carregar el programa correcte
Control dels paràmetres elèctrics
del tester:
-Soldadura de les delgues (Rs)
-Equivalència entre bobines (Rb)
-Rigidesa dielèctrica (HV)
-Resistència a 180˚C (R180)
-Prova de sobretensió
Pauta de control Automàtic 100% Maquinària Obrir fitxa d’incidència qualitat
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 72 de 135
11 Embalatge
Comprovar la presència de
caixes Pauta control Manual 100% Operari Obrir fitxa d’incidència qualitat
Aprovació primeres peces Pauta control Automàtic
-principi de torn -
canvi de sèrie -2
cops per setmana
Operari Obrir fitxa d’incidència qualitat
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 73 de 135
10.4.6.4. Pautes de control
Control del paquet de platines invertit
Objectiu: Assegurar el correcte posicionament del paquet de platines abans del clavat de l’eix.
Figura 49. Correcte posicionament de l’ eix i la platina
Control: Peça circular que determina la profunditat del paquet.
Situació OK: Es provoca la posició incorrecte del paquet de platines i els detectors actuen no
deixant-lo passar a la següent fase.
Figura 50. a) Correcte posicionament de la platina; b) posició incorrecte del paquet de platines
Situació NOK: provocant la posició incorrecte del paquet de platines, els detectors no ho
detecten i deixa passar a la següent fase.
Què fer en situació de NOK?
Avisar a manteniment i obrir una QRQC de línia.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 74 de 135
Control eix amb ranura o eix llis/ eix invertit
Objectiu: Detectar si l’eix té o no té ranura i detectar eixos clavats a l’inrevés.
Control: A través de la càmera de visió es detecta el tipus d’eix clavat en el paquet. També es
detecta si el eix està clavat a l’inrevés.
Figura 51. a) correcte posició del eix amb la platina; b) posició incorrecte del eix i la platina, ja que la punta del eix ha d'anar a la banda on hi ha menys buidat del centre del paquet
Situació OK:
Quan està seleccionat en la posició d’eix amb ranura, el sistema comprova:
a) La presència de la ranura en l’eix
b) Que l’eix no estigui clavat a l’inrevés
En ambdós casos, si el dóna com OK, el palet s’allibera. Si l’eix no té ranura o està clavat a
l’inrevés, la màquina s’atura i dóna l’alarma de eix NOK encenent-se una llum vermella.
Quan està seleccionat en la posició d’eix llis, el sistema comprova:
a) La no presència de ranura en l’eix
b) Que l’eix no estigui clavat a l’inrevés
Si la peça és OK, el palet s’allibera. Si l’eix té ranura o està clavat a l’inrevés, la màquina s’atura i
dóna l’alarma de eix NOK encenent-se una llum vermella.
Aquest criteri d’acceptació de la màquina es fa mitjançant l’ús de patrons, és a dir, es tenen
mostres amb els possibles errors que poden succeir i s’introdueixen a la màquina com a
resultats dolents. Un cop introduïts, si la màquina detecta que alguna peça que s’està produint
és igual que un patró introduït, la donarà com a dolenta.
Situació NOK: En el cas de que la càmera de visió no diferenciés entre:
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 75 de 135
a) La presència i absència de ranura
b) Eix clavat correcte i incorrectament
I els deixes passar a tots com a OK, o bé, a tots com a NOK.
Què fer en situació de NOK?
Avisar a manteniment en cas de fallada en el funcionament per un ajust del sistema i obrir una
QRQC de línia.
Control del tipus d’estrella aïllant
Objectiu: Assegurar el tipus d’estrella aïllant (petita o gran) en tots els induïts
Figura 52. a) estrella de tomany petit, emprada en els motors de més baixa potencia; b) estrella gran, emprada en els motors de més alta potencia
Control: POKA-YOKE que verifica el tipus d’estrella mitjançant detectors.
Situació OK:
Fase situació OK: El tipus d’estrella és el que correspon amb el programa seleccionat i
l’induït passa a la següent fase.
Fase situació NOK: quan el tipus d’estrella no correspon amb el programa seleccionat ,
la plantilla ens avisa del defecte.
Situació NOK: El POKA-YOKE no detecta l’estrella que no correspon al programa i la màquina no
s’atura deixant passar l’induït a la següent fase.
Què fer en situació de NOK?
Aturar la línia, avisar a manteniment i obrir una QRQC de línia.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 76 de 135
Control de presència i absència d’estrelles aïllants
Objectiu: Assegurar la presència de les dues estrelles aïllants, una a cada costat del paquet de
platines en tots els induïts.
Control: Control mitjançant un programa que mesura l’amplada del paquet.
Figura 53. Paquet de platines amb les seves dues estrelles aïllants,
Situació OK: Quan la mesura del paquet no correspon amb el programa seleccionat la màquina
avisa del defecte i el palet no passa a la següent fase.
Figura 54. Paquet de platines amb absència d’una de les dues estrelles aïllants
Figura 55. Paquet de platines amb les dues estrelles aïllant, una de les quals no està assentada correctament
Situació NOK: El control no detecta la absència d’estrella o que la mesura és NOK i el palet
avança cap a la següent fase.
Què fer en situació de NOK?
Aturar la línia, avisar a manteniment i obrir una QRQC de línia.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 77 de 135
Control automàtic de l’altura del col·lector
Figura 56. a) col·lector designat com a curt; b) col·lector designat com a llarg
Objectiu: Assegurar que l’’induït porta el col·lector curt o llarg, segons programa i model.
Control: Es duu a terme mitjançant un programa detector de barrera.
Situació OK: Es provoca l’entrada d’un col·lector diferent al del programa i els detectors
senyalen l’error en la pantalla i no deixant passar el col·lector a la següent fase.
En aquest control també es fan servir l’ús de patrons per introduir a la màquina uns valors de
NO acceptació.
Situació NOK: La situació de NOK, seria al col·locar un col·lector patró diferent al del programa
en curs de fabricació i aquest no el detectés com a dolent i el deixes passar a la següent fase.
Què fer en situació de NOK?
Aturar la línia, avisar a manteniment i obrir una QRQC de línia.
Control del decalat del col·lector
Objectiu: Assegurar el decalat del col·lector que correspongui amb el del programa. En la
màquina de control del decalat, es pot comprovar el decalat real del col·lector una vegada
l’induït està acabat.
Control: 2 detectors inductius detecten la posició del col·lector entre: 0º / 10º.
Situació OK: La màquina s’atura si la posició del col·lector és diferent a la que demana el
programa.
Situació NOK: La màquina no s’atura si canviem la posició del col·lector i aquesta és diferent a la
posició introduïda a la màquina.
Què fer en situació de NOK?
Aturar la línia, avisar a manteniment i obrir una QRQC de línia.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 78 de 135
Soldadura automàtica del fil del bobinat a les delgues del col·lector
Objectiu: El procés de soldadura es controla amb el paràmetre de Rb que es mesura en els
testers.
Control: Fases del procés de soldadura
Fase d’apropament: L’elèctrode i la massa s’apropen fins a tocat el ganxo i la base del col·lector.
La màquina efectua una petita comprovació del correcte funcionament de la soldadura
mitjançant l’aplicació d’una corrent de curtcircuit a través d’un voltatge entre 1 i 3V. Si la
caiguda de tensió resultant és 0V, és signe de que el contacte és correcte, comença a aplicar una
força progressiva de 0 a 200N, durant un temps Ta, per començar a doblegar el ganxo i preparar-
la per la soldadura.
Fase 1: Aquesta fase té com objectiu netejar el vernís del fil per obtenir una adequada
resistència de soldadura. Té una durada de 70ms, durant el qual s’aplica una potència
d’escalfament 2800W i una força de pressió de 200N.
Fase 2: En aquesta fase es procedeix a realitzar la soldadura del ganxo de la delga amb el fil de la
bobina. Aquest procés té una durada de 70ms, durant la qual s’aplica una potència
d’escalfament de 3000W i una força de pressió de 350N.
Fase de cohesió: Aquesta fase té com a funció assegurar la cohesió de la soldadura del ganxo, i
evitar un possible aixecament del ganxo desprès del procés. En aquesta fase no s’aplica
potència, tan sols s’aplica una pressió amb una força 1000N durant 140ms.
Figura 57. Fase del procés de soldadura
Situació OK: El tester detecta que els valors no són OK i els aparta a la rampa de rebuig.
Situació NOK: Al passar els patrons el tester els detecta com a bons i els deixa passar a la
següent fase.
Què fer en situació de NOK?
Aturar la línia, avisar a manteniment i obrir una QRQC de línia.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 79 de 135
Control de les característiques elèctriques de l’induït (tèster 1 i tèster 2)
Objectiu: Que els induïts compleixin amb uns paràmetres elèctrics específics.
En aquesta fase del procés de producció dels induïts, es verifica la detecció de 6 defectes que
per cada tipus de potencial fallada s’ha introduït anteriorment un patró per cada cas:
- Induït OK
- Detecció si l’induït té 2 espires de més
- Detecció si l’induït té 2 espires de menys
- Comunicació entre delgues
- Bobines comunicades
- Fil tallat
- Rigidesa dielèctrica
Control: El tester controla al 100%
RB: Resistència de bobina fora dels paràmetres del patrons ens avisarà de:
Presencia d’una bobina tallada o valor de la resistència fora de tolerància.
Comprovació de la resistència de bobines oposades.
Bobina en curtcircuit.
R180: Mesura de resistència a 180
Serveix per assegurar que el diàmetre del fil és el correcte.
L :Prova d’inductància
Per comprovar errors en el nombre d’espires.
RS: Resistència de soldadura
Ens indica si el valor de la resistència és molt elevat o per altre banda si la soldadura existeix.
Prova d’aïllament entre espires
Ens indicarà si existeix alguna espira en curtcircuit.
Error en el nombre de làmines del paquet de platines.
Diferència de característiques magnètiques del paquet respecte del patró.
HV: Proba de aïllament entre bobinat y paquet
Poc aïllament entre el col·lector i el paquet de platines.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 80 de 135
Situació OK: Per poder comprovar que el tèster funciona correctament, abans de cada canvi de
sèrie, es passen els patrons. Si el tèster els detecta com a dolents i els deixa en la rampa de
rebuig, significa que funciona correctament.
Situació NOK: Si un induït patró defectuós, el tèster el detecta com a bo.
Què fer en situació de NOK?
Aturar la línia, avisar a manteniment i obrir una QRQC de línia.
Control tornejat col·lector
Objectiu: Assegurar que el col·lector ha sigut tornejat
Control: La càmera de visió artificial comprova que el col·lector estigui tornejat.
Situació OK: La càmera detecta els induïts patró (sense tornejar) i no els deixa passar a la
següent fase.
Situació NOK: Provoquem el defecte en un induït patró sense tornejar i la càmera no el detecta
deixant-lo passar a la següent fase.
Què fer en situació de NOK?
Aturar la línia, avisar a manteniment i obrir una QRQC de línia.
Comprovar paràmetres que afecten a l’ acabat superficial del col·lector
Objectiu: Assegurar que el col·lector compleix amb els paràmetres establerts de que afecten a
l’acabat superficial.
Control: L’operari tindrà que dur a terme el següent control sobre aquest paràmetres:
Comprovar el salt entre delgues
Consisteix en un control que s’efectua amb 3 mostres al començament de cada canvi sèrie més 3
mostres cada hora
Diàmetre del col·lector
Es mesura amb un peu de rei i s’efectua al començament de cada canvi de sèrie, més 3 mostres
cada hora.
Rugositat col·lector
Es mesura amb un rugosímetre que s’efectua l’aprovació de primeres peces, i desprès 2
mostres al començament de cada canvi sèrie, més 2 mostres cada hora i 2 mostres més al canvi
de torn.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 81 de 135
Comprovar la longitud del tornejat
Es mesura amb una eina passa/no passa i s’efectua al començament de cada canvi de sèrie més
3 mostres cada hora i 3 mostres més al canvi de torn.
Situació OK: Els paràmetres estan dins del rang permès i la màquina detecta els induïts que
estan fora dels límits establerts.
Situació NOK: Provoquem el defecte en un induït patró sense tornejar i la màquina no el detecta
donant-lo com a bo.
Què fer en situació de NOK?
Aturar la línia, avisar a manteniment i obrir una QRQC de línia.
Control d’equilibrat automàtic
Objectiu: Assegurar un desequilibri màxim de 10gxmm.
Control: La màquina el fa girar a 1000 revolucions per minut i va traient material fins que
s’aconsegueix el desequilibri màxim requerit.
Situació OK: L’ equilibradora aconsegueix equilibrar els induïts.
Situació NOK: L’ equilibradora no aconsegueix equilibrar els induïts, els separa per un equilibrat
manual. La màquina només equilibra traient material de les platines, mentre que en l’equilibrat
manual, s’afegeix pasta per equilibrar.
Que fer en situació de NOK?
Parar la línia, avisar a manteniment i obrir una QRQC de línia.
10.4.6.5. Resultats obtinguts desprès de la prova de producció
Trial Run 1:
Quantitat: 900 induïts amb reducció de coure
Problemes línia induïts: Cap problema
Problemes assemblatge motor: Ha fallat l’etiquetador, res a veure amb la reducció de coure en
el col·lector.
Resultat de la prova de procés: OK
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 82 de 135
Trial Run 2:
QTY: 540 induïts amb reducció de coure
Problemes línia induïts: Cap problema
Problemes assemblatge motor: Problemes deguts a motors amb I(A) elevades. 50 motors
muntats i la resta d’induïts no van ser muntats, i palets retinguts.
Trial run 3:
Quantitat: 600 induïts amb reducció de coure
Problemes línia induïts: Cap problema
Problemes assemblatge motor: Problemes de I(A) eleva da no deguts a la reducció de coure del
col·lector, el problema venia del mal calibratge amb el Magtrol. Es va tornar a realitzar a amb el
Magtrol del laboratori, i la intensitat ha baixat aprox. 2 ampers.
10.4.6.6. Estudi de capacitat dels paràmetres que afecten a la reducció de
coure en el col·lector
Els paràmetres que afecten a la reducció de coure en el col·lector, es poden dividir en dos
processos; un és el tornejat del col·lector on es poden veure afectats el diàmetre exterior, el salt
entre delgues i la rugositat del col·lector. L’altre són els paràmetres elèctrics controlats pel
tèster, com ara la resistència de soldadura.
10.4.6.6.1. Control estadístic del procés (SPC)
El control de procés estadístic permet emprar criteris objectius per distingir variacions
importants en processos de fabricació i en productes. El seu avantatge és la capacitat de
monitoratge del centre del procés i la seva variació al voltant del centre. Recopilant dades de
mesuraments en diferents llocs del procés, es poden detectar i corregir variacions en el procés
que afectarien a la qualitat del producte o servei final, reduint desaprofitaments i evitant que els
problemes arribin al client final.
Aquest sistema està basat en la detecció precoç i prevenció de problemes, que suposa un clar
avantatge vers als mètodes de qualitat com l’ inspecció, que apliquen recursos per detectar i
corregir problemes al final del producte o servei, quan ja es massa tard. A més a més de reduir
els desaprofitaments, SPC té com a conseqüència una reducció del temps necessari per produir
el producte o servei. Això és degut parcialment a que la probabilitat de que el producte final
tingui un retreball, però també és gracies a que podem identificar els colls d’ampolla, parades i
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 83 de 135
altres tipus d’esperes dins del procés. Reduccions del temps de cicle del procés relacionat amb
millores de rendibilitat han fet del SPC una eina que redueix costos i augmenta la qualitat del
producte final, incrementant la satisfacció del client.
El control estadístic del procés utilitza eines estadístiques per observar el rendiment de la
cadena de producció per preveure desviacions importants que provoquin que un producte no
sigui acceptat.
Observant en el moment just QUÈ ha passat en el procés que ha provocat un canvi, l’enginyer de
qualitat o qualsevol membre del equip que està com responsable de la línia de producció pot
solucionar la causa principal de la variació que ha aparegut en el procés i corregir el problema
abans que d’obtenir un producte o servei defectuós.
10.4.6.6.2. Estudi de capacitat
Un estudi de capacitat es pot definir com el grau d’aptitud que té un procés per complir amb les
especificacions tècniques desitjades. Quan la capacitat d’un procés és alta, es diu que el procés
és capaç. Quan es manté estable al llarg del temps es diu que el procés està sota control.
Un procés s’estudia respecte a una variable aleatòria que és l’indicador de la qualitat del procés.
Fonaments estadístics
- Distribución Normal o campana de Gauss.
La distribució normal depèn de dos paràmetres μ y σ, que són la mitja i la desviació típica
respectivament. Té una forma acampanada i és simètrica respecte a μ. Agafant múltiples de σ
a ambdós costats de μ, trobem que el 68% està contingut en un entorn ±1σ al voltant de μ, el
95% està contingut en un entorn ±2σ al voltant de μ i que el 99,73% està comprés en ±3σ al
voltant de μ.
Figura 58. Funció de densitat de probabilitat normal
- Teorema del Límit Central.
El teorema del límit central (TLC) estableix què si una variable aleatòria s’obté com una suma de
moltes causes independents, essent cadascuna d’elles de poca importància respecte el conjunt,
llavors la seva distribució és asimtòticament normal.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 84 de 135
Concepte de capacitat de procés
El paràmetre σ depèn del punt en el que centrem el procés. No obstant això, μ depèn del
número i variabilitat de les causes comunes del procés i per tant és intrínseca a ell. Tanmateix
6σ és la Variabilitat Natural del Procés o Capacitat del Procés.
Índex Cp i Cpk
Amb la intenció de comparar la capacitat del procés i l’amplitud de les toleràncies a satisfer, es
defineix l’índex de capacitat de procés:
Si es pretén que la producció estigui dins de tolerància, és necessari que Cp> 1.
Si el procés no estigués centrat, el valor d’aquest índex falsejaria el grau de cobertura respecte a
fabricar peces fora de toleràncies. En aquests casos és més significatiu l’índex Cpk i es defineix com:
D’aquesta manera es defineix un procés capaç com aquell que Cpk > 1.
Aplicant aquests conceptes a la variabilitat atribuïble d’una màquina de les que integren el
procés de fabricació, podem definir la capacitat de màquina, l’índex de capacitat de màquina CM
y CMK.
Figura 59. a) Índex Cp; b) Índex Cpk
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 85 de 135
Variabilitat a curt i llarg termini
Un procés productiu té habitualment dos tipus de variabilitat:
Variabilitat inherent del procés: és aquella component de la variabilitat deguda a
causes comuns i representa la variabilitat que pot estar present entre elements
produïts en intervals pròxims.
Variabilitat total del procés: és la variació resultant de totes les causes de
variabilitat, en la que es tenen en compte factors com el desgast, canvis de lot de
matèria prima, etc. Representa la variabilitat que pot afectar al conjunt dels
elements fabricats rebuts per el client.
Potencialitat del procés. Índex Pp i Ppk
Cp i Cpk es calculen amb la variabilitat inherent del procés (variabilitat a curt
termini). En aquest cas es considera la variabilitat entre els elements de la mateixa
mostra o mostres pròximes.
Pp y Ppk es calculen amb la variabilitat total del procés (variabilitat a llarg termini).
En aquest cas en té en compte la variabilitat introduïda per la de riva del centrat del procés i la inestabilitat del mateix.
Gràfics de control
Un gràfic de control és un diagrama especialment preparat on s’anoten els valors successius de
la característica de qualitat que s’està controlant.
Els gràfics de control tenen com a objectiu una fàcil captació de les dades, claredat, consistència
i mesurar les variacions de la qualitat.
El gràfic està compost per un línia central que representa el promig històric de la característica
que s’està controlant, i dos límits, un superior i un d’inferior que es calculen amb les dades
històriques i presenten els rangs màxims i mínims de variabilitat.
Aquest gràfics s’utilitzen quan la característica de qualitat que es desitja controlar és una
variable continua.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 86 de 135
Figura 60. Exemple de gràfic de control
Tolerància superior o TS: és la major tolerància permesa en plànol
Tolerància Inferior o TI: és la menor tolerància permesa en plànol
Límit de Control Superior o LCS: és el valor LC més 3 vegades la desviació estàndard
Límit de Control Inferior o LCI: el valor és LC menys 3 vegades la desviació estàndard
Límit Central o LC: és el valor mitjà, que tan pot ser el valor mitjà que nosaltres vulguem
que estigui al voltant del paràmetre que estem mesurant o la mitja del valor històric.
Interpretació del gràfic de control
Els gràfics de control serveixen per indicar quan el procés està fora de control. Els límits de
control superior i inferior serveixen per establir uns límits que, en cas que els sobrepassi alguna
mostra, ens adonem que quelcom està malament en el procés, i així poder rectificar els
paràmetres del procés abans que la mostra en qüestió estigui fora de tolerància. Aquest tipus de
seguiment ens indica en tot moment com està evolucionant una variable en el temps i indicar si
aquesta és estable, o en cas contrari, presenta alguna anomalia.
Les regles utilitzades per analitzar el gràfic de mesures i establir el criteri que determina si el
procés es troba fora de control són les següents:
- Si alguna mostra o subgrup es troba fora dels límits de control superior o inferior.
- Si existeixen 6 mostres que estiguin en el mateix rang.
- Si existeixen 6 mostres que presenten un rang que va creixent de forma lineal.
10.4.6.6.3. Salt entre delgues
10.4.6.6.3.1. Estudi de la capacitat del salt entre delgues
És un estudi per comprovar si el procés de tornejat de la línia és o no és capaç de tornejar el
col·lector amb la reducció de coure mantenint un salt entre delgues mes petit que 3μm.
TS
LCS
LCI
TI
LC
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 87 de 135
L’estudi de capacitat s’ha efectuat en 3 subconjunts, cadascun compost per 30 mostres.
Aquestes mesures es van efectuar aprofitant els test de producció. És a dir, es van aprofitar 30
mostres de cada test per elaborar un estudi de capacitat.
En tots els casos, el Cpk és major a la unitat, demostrant que el procés és capaç de fabricar
col·lectors amb salts de delgues dintre dels paràmetres exigits per la normativa interna.
En el Test de Producció 1 els resultats obtinguts són:
MITJANA 1,8003
Cp 1,453 Cpk 1,162
σ 0,344018
Cm 8,720 Cmk 0,872
MÀX. 2,4300
Pp 1,428 Ppk 1,142
MÍN. 1,2600
En el Test de Producció 2 els resultats obtinguts són:
MITJANA 1,7710
Cp 1,382 Cpk 1,132
σ 0,361795
Cm 8,292 Cmk 0,849
MÀX. 2,4300
Pp 1,359 Ppk 1,113
MÍN. 1,1400
En el Test de Producció 3 els resultats obtinguts són:
MITJANA 1,7157
Cp 1,255 Cpk 1,075
σ 0,398344
Cm 7,531 Cmk 0,806
MÀX. 2,6700
Pp 1,234 Ppk 1,057
MÍN. 1,0300
La recopilació de dades i mesures es pot consultar en l’annex 9.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 88 de 135
10.4.6.6.3.2. Gràfics de control de salt entre delgues
Figura 61. Gràfic de control de salt entre delgues del col·lector amb reducció d'espessor. Hi h an 3 subgrups de 30 mostres cadascun (són les dades perses en el Test de Prov a)
Figura 62. Gràfica de Control de salt entre delgues del col·lector de sèrie. Consta de 25 subgrups cadascun d’ells de 3 mostres (dades extretes de la línia de producció)
La gràfica de control en aquest cas no ens indica gaire, ja que hi ha molt pocs subgrups per que
la gràfica ens pugui indicar l’efecte del tornejat als nous col·lector amb la reducció de coure.
10.4.6.6.4. Rugositat del col·lector
10.4.6.6.4.1. Estudi de capacitat de la rugositat del col·lector
És un estudi per comprovar si el procés de tornejat de la línia és o no és capaç de tornejar el
col·lector amb la reducció de coure mantenint una rugositat de 0,6 ÷ 1,2 µm.
L’estudi de capacitat s’ha efectuat en 3 subconjunts, cadascun compost per 30 mostres.
Aquestes mesures es van efectuar aprofitant els test de producció. És a dir, es va aprofitar 30
mostres de cada test per elaborar un estudi de capacitat.
0
1
2
3
4
0 1 2 3
TS LCS
LC
LCI TI
0
1
2
3
4
0 5 10 15 20 25
LCS
LC
LCI
TS
TI
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 89 de 135
En tots els casos, el Cpk és major a la unitat, demostrant que el procés és capaç de fabricar
col·lectors amb una rugositat dintre dels paràmetres exigits per la normativa interna.
En el test de producció 1 els resultats obtinguts són:
MITJANA 0,9558
Cp 1,248 Cpk 1,016
σ 0,080111
Cm 7,490 Cmk 0,762
MÀX. 1,0800
Pp 1,227 Ppk 0,999
MÍN. 0,700
En el Test de Producció 2 els resultats obtinguts són:
MITJANA 0,9337
Cp 1,315 Cpk 1,167
σ 0,076047
Cm 7,890 Cmk 0,876
MÀX. 1,0900
Pp 1,293 Ppk 1,148
MÍN. 0,7900
En el Test de Producció 3 els resultats obtinguts són:
MITJANA 0,9347
Cp 1,230 Cpk 1,088
σ 0,081270
Cm 7,383 Cmk 0,816
MÀX. 1,1000
Pp 1,210 Ppk 1,07
MÍN. 0,7900
La recopilació de dades i mesures es pot consultar en l’annex 10.
10.4.6.6.4.2. Gràfics de control de la rugositat del col·lector
Figura 63. Gràfic de control de la rugositat del col·lector amb reducció d'espessor. Hi han 3 subgrups de 30 mostres cadascun (són les dades perses en el Test de Prov a)
0,6
0 1 2 3
TS
LC LCI
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 90 de 135
Figura 64.Gràfica de Control de la rugositat del col·lector de sèrie. Consta de25 subgrups cadascun d’ells de 3 mostres (dades extretes de la línia de producció)
En el primer test de prova la rugositat està fora del límit superior de control, però sense estar
fora de tolerància. Aquest factor és va detectar i modificant els paràmetres del tornejat es va
poder arreglar en el segon test de prova que, com es pot comprovar, ja està dins dels límits de
control i es podrà arreglar, ja que encara no ha entrat en producció en sèrie.
10.4.6.6.5. Diàmetre extern del col·lector
10.4.6.6.5.1. Estudi de capacitat del diàmetre extern del
col·lector
És un estudi per comprovar si el procés de tornejat de la línia és o no és capaç de tornejar el
col·lector amb la reducció de coure mantenint un diàmetre exterior de 29,7 ÷ 29,9 mm.
L’estudi de capacitat s’ha efectuat en 3 subconjunts, cadascun compost per 30 mostres.
Aquestes mesures es van efectuar aprofitant els tests de producció. És a dir, es va aprofitar 30
mostres de cada test per elaborar un estudi de capacitat.
En tots els casos, el Cpk és major a la unitat, demostrant que el procés és capaç de fabricar
col·lectors amb un diàmetre exterior dintre dels paràmetres exigits per la normativa interna.
En el Test de Producció 1 els resultats obtinguts són:
MITJANA 29,7907
Cp 1,272 Cpk 1,154
σ 0,026196
Cm 7,635 Cmk 0,865
MÀX. 29,8700
Pp 1,251 Ppk 1,134
MÍN. 29,7500
0,600
0 5 10 15 20 25
LCS
LCM
LCI
TS
TI
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 91 de 135
En el Test de Producció 2 els resultats obtinguts són:
MITJANA 29,8350
Cp 1,714 Cpk 1,114
σ 0,019451
Cm 10,282 Cmk 0,835
MÀX. 29,8700
Pp 1,685 Ppk 1,095
MÍN. 29,7900
En el Test de Producció 3 els resultats obtinguts són:
MITJANA 29,7797
Cp 1,405 Cpk 1,119
σ 0,023732
Cm 8,427 Cmk 0,839
MÀX. 29,8300
Pp 1,381 Ppk 1,100
MÍN. 29,7400
La recopilació de dades i mesures es pot consultar en l’annex 11.
10.4.6.6.5.2. Gràfics de control del diàmetre col·lector
Figura 65. . Gràfic de control del diàmetre e del col·lector amb reducció d'espessor. Hi han 3 subgrups de 30 mostres cadascun (són les dades perses en el Test de Prov a)
29,7
0 1 2 3
LCS
LCM
LCI
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 92 de 135
Figura 66.Gràfica de Control del diàmetre exterior del col•lector de sèrie. Consta de25 subgrups cadascun d’ells de 3 mostres (dades extretes de la línia de producció)
10.4.6.6.6. Estudi de capacitat de la resistència a la soldadura
10.4.6.6.6.1. Estudi de capacitat de la resistència de soldadura
dels ganxos del col·lector
És un estudi per comprovar si el procés de soldadura de la línia és o no és capaç de soldar els
ganxos col·lector amb la reducció de coure mantenint un una resistència menor que 15mΩ.
L’estudi de capacitat s’ha efectuat en 3 subconjunt, cadascun compost per 30 mostres. Aquestes
mesures es van efectuar aprofitant els tests de producció. És a dir, es va aprofitar 30 mostres de
cada test per elaborar un estudi de capacitat.
En tots els casos, el Cpk és major a la unitat, demostrant que el procés és capaç de soldar els
ganxos dels col·lectors dintre dels paràmetres exigits.
En el Test de Producció 1 els resultats obtinguts són:
MITJANA 7,6333
Cp 2,623 Cpk 2,577
σ 0,953007
Cm 15,740 Cmk 1,932
MÀX. 9,8000
Pp 2,759 Ppk 2,533
MÍN. 5,9000
29,700
0 5 10 15 20 25
LCS
LCM
LCI
TS
TI
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 93 de 135
En el Test de Producció 2 els resultats obtinguts són:
MITJANA 7,7433
Cp 2,947 Cpk 2,851
σ 0,848404
Cm 17,680 Cmk 2,138
MÀX. 8,9000
Pp 2,897 Ppk 2,803
MÍN. 6,1000
En el Test de Producció 3 els resultats obtinguts són:
MITJANA 7,8433
Cp 2,858 Cpk 2,727
σ 0,874713
Cm 17,148 Cmk 2,045
MÀX. 9,6000
Pp 2,810 Ppk 2,681
MÍN. 6,1000
La recopilació de dades i mesures es pot consultar en l’annex 12.
10.4.6.6.6.2. Gràfics de control de la resistència de soldadura
dels ganxos del col·lector
Figura 67 . Gràfic de control resistència de soldadura dels ganxos del col•lector amb reducció d'espessor. Hi han 3 subgrups de 30 mostres cadascun (són les dades perses en el Test de Prova)
0
7,5
15
0 1 2 3
TS
LCS
LCM
LCI
TI
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 94 de 135
Figura 68. Gràfica de Control resistència de soldadura dels ganxos del col·lector de sèrie. Consta de25 subgrups cadascun d’ells de 3 mostres (dades extretes de la línia de producció)
10.4.7. Altres assajos no inclosos en el DVP&R
Els assajos no inclosos en el DVP&R, són proves que no es veuen afectades en la reducció de
coure en el col·lector però que són necessàries per l’homologació del component i es demanen
en el PPAP. Seguidament s’explica la funció que té el PPAP.
Vegi’s l’annex 13.
11. Resultats obtinguts:PPAP
El PPAP (Production part approval process) és un conjunt de documents que garanteixen al
client productes amb zero defectes. Això s’aconsegueix mitjançant l’anàlisi de les eines de
producció abans de la producció real de la peça en sèrie. A l’utilitzar el PPAP, es processen tots
els informes d’assajos que s’han realitzat en cada producte i el client s’assegura de que les seves
expectatives siguin complertes.
11.1. DOCUMENTS
A continuació, es pot apreciar la llista dels 18 elements que s’agrupen en el PPAP, i una breu
descripció dels mateixos:
Registres de disseny
Una còpia del dibuix. Si el client és responsable del disseny, es tracta d'una còpia del plànol del
client que s'envia juntament amb l'ordre de compra. Si el proveïdor és responsable del disseny
és un dibuix publicat a sistema d'alliberament del proveïdor.
0,000
7,500
15,000
0 5 10 15 20 25
LCS
LCM
LCI
TS
TI
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 95 de 135
Autoritzat canvi d'enginyeria
Un document que mostra la descripció detallada del canvi. En general, aquest document es
denomina "Avís de canvi d'enginyeria", però pot ser cobert per l'ordre de compra del client o
qualsevol altra autorització de l'enginyeria.
Aprovació d'Enginyeria
Aquesta aprovació és generalment la prova d'enginyeria amb peces de producció realitzades a la
planta del client. A "desviació temporal" es requereix generalment per enviar peces als clients
abans del PPAP. El client pot requerir altres "Aprovacions d'Enginyeria".
AMFE de disseny
Una còpia de la manera de fallada Disseny i Anàlisi d'Efectes (DFMEA), revisat i signat pel
proveïdor i el client. Si el client és responsable del disseny, en ge neral els clients no es pot
compartir aquest document amb el proveïdor. No obstant això, la llista de totes les
característiques crítiques o d'alta de productes d'impacte ha de ser compartida amb el
proveïdor, pel que es pot abordar en el Pla PFMEA i Control.
Diagrama de flux de procés
Una còpia del flux del procés, indicant tots els passos i la seqüència en el procés de fabricació,
inclosos els components entrants.
AMFE de procés
Una còpia de la manera de fallada de procés i anàlisi efecte (AMEF), revisat i signat pel proveïdor
i el client. El PFMEA segueix els passos de flux de procés, i indicar "el que podria anar malament"
durant la fabricació i muntatge de cada component.
Pla de Control
Una còpia del Pla de Control, revisat i signat pel proveïdor i el client. El Pla de Control segueix els
passos PFMEA, i proporciona més detalls sobre com es comproven els "possibles problemes" en
la qualitat, el procés de muntatge entrant o durant les inspeccions dels productes acabats.
Mesura dels estudis d'anàlisi del sistema
MSA conté generalment l’especificació de les característiques crítiques o d'alt impacte, i la
confirmació que els indicadors utilitzats per mesurar aquestes característiques són calibrats.
Resultats dimensionals
Una llista de totes les dimensions observades en els plànols. Aquesta llista mostra les
característiques del producte, les especificacions, els resultats del mesurament i l'avaluació
mostrant si aquesta dimensió és "ok" o "nok". En general, s'informa d'un mínim de 6 peces per
cada combinació de producte / procés.
Registres de Material / Proves de rendiment
Un resum de totes les proves realitzades a la peça. Aquest resum és, en general, en forma de
DVP&R (Pla de verificació del disseny i memòria), que enumera cada prova individual, quan es va
dur a terme, l'especificació, els resultats i l'avaluació d'apte / no apte. Si hi ha una Especificació
de l'Enginyeria, en general s'observa en la impressió. El DVP&R ha de ser revisat i signat pels dos
grups d'enginyeria del client i proveïdor. L'enginyer de qualitat buscarà una signatura del client
en aquest document.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 96 de 135
A més, en aquesta secció s'enumeren tots els certificats de materials (acer, plàstic, revestiment,
etc), com s'especifica en la impressió. La certificació de materials haurà de demostrar el
compliment de la convocatòria específica en la impressió.
Estudis Inicials del Procés
En general, aquesta secció mostra tots els gràfics de control estadístic de processos que afecten
les característiques més importants. La intenció és demostrar que els processos crítics tenen
variabilitat estable i que s'està executant a prop del valor nominal previst.
Documentació del Laboratori Qualificat
Còpia de tots els certificats de laboratori que realitzen les proves reportades en la secció 10,.
Informe d'aprovació d'aparença
Una còpia del formulari d'AAI (Aspecte Inspecció Aprovació) signat pel client. Aplicable per als
components que afecten a l'aparença única.
Exemples de peces de producció
Una mostra del mateix lot de producció inicial. El paquet PPAP generalment mostra una imatge
de la mostra i en el qual es manté (client o proveïdor).
Mostres inicials
Una mostra signada pel client i el proveïdor, que en general s'utilitza per capacitar els operadors
en les inspeccions subjectius com visual o acústica.
Ajudes de Verificació: POKA-YOKE
Quan hi ha eines especials per comprovar i verificar la correcte producció de la peça, aquesta
secció mostra una imatge dels registres de l'eina i el calibratge, incloent l’informe dimensions de
l'eina.
Requisits específics del client
Cada client pot tenir requisits específics que s'han d'incloure en el paquet PPAP.
Remissió part Warrant
Aquesta és la forma que resumeix tot el paquet PPAP. Aquesta forma mostra el motiu de la
presentació (canvi de disseny, revalidació anual, etc) i el nivell dels documents presentats al
client.
12. Estudi econòmic de la reducció de coure en el col·lector
La reducció de coure en el col·lector suposaria un estalvi de 0,0065 euros/motor.
Amb un volum anual de motors de 4.700.000 suposaria un estalvi de 30.550 euros l’any, només
a la planta espanyola. Contant les altres plantes de producció amb 1.600.000 motors/any, en
conjunt la xifra puja a 41.000 euros aproximadament l’any reduint 0,2mm el diàmetre intern del
col·lector.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 97 de 135
En aquests guanys s’ha de descomptar el cost que requereix fer una estampació nova que
representa una inversió de 13.500 euros.
És a dir, que amb una inversió de 13.500 euros, el primer any implicarà uns guanys de 27.450
euros, i desprès del primer any hi haurà un estalvi de 40.950 euros l’any.
Planta d’Espanya Altres Plantes
Estalvi per peça 0,0065 € 0,0065 €
Volum anual per planta 4.700.000 1.600.000
Estalvi anual per planta 30.550 € 10.400 €
Inversió a realitzar 13.500 €
Estalvi anual en totes les plantes el
primer any després de la inversió 27.450€
Estalvi anual en totes les plantes després del primer any de la
inversió 40.950 €
Taula 12.1. Estudi dels aspectes econòmics que implica la reducció de coure en el col·lector
13. Aspectes mediambientals
L’impacte mediambiental dels productes durant la fabricació abasta tant la fabricació de la
planta espanyola com les dels nostres proveïdors. Això significa que tant nosaltres com els
nostres proveïdors, hem de dur a terme les nostres activitats de manera que l’impacte sobre el
medi ambient es redueixi al mínim. Per tant, s’espera dels nostres proveïdors una participació
activa en els problemes ambientals i l'establiment i l'adhesió a una gestió segons ISO 14001 o
una altra norma equivalent. Això no eximeix el proveïdor de complir amb totes les normes
nacionals i internacionals pertinents. L’empresa recomana a tots els proveïdors siguin
certificació ISO 14001.
Les tècniques i mètodes a citats a continuació són els que es creuen que constitueixen els
requisits per assolir l' objectiu ambiental abans esmentat:
Directrius escrites sobre el compliment ambiental.
Revisió periòdica dels processos i productes de producció, manteniment,
subministrament i eliminació per determinar el seu impacte ambiental.
Un pla d'emergència.
Definició d'objectius per millorar la protecció del medi ambient i de la documentació del
seu compliment. Aquesta inclou: protecció dels recursos (matèries primeres, energia,
aigua), la prevenció i la reducció de la contaminació ambiental, la minimització dels
residus i rebuigs i la reducció dels envasos d’un sol ús.
El compliment de totes les normes relatives als materials d'automoció i substàncies.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 98 de 135
Tenir un concepte / programa de reciclatge.
L'ús i consum d'energia i matèries primeres, es gestionen amb eficàcia i amb un mínim de
logística i transport durant tot el cicle de vida del vehicle / component.
13.1. Fi de vida del vehicle (ELV) / Sistema Internacional de Dades
de Materials (IMDS)
La Directiva de Fi de Vida del Vehicle (ELV), 2000/53/CE, va ser promulgada per la Comissió
Europea per reduir al mínim l’impacta dels vehicles al final de la seva vida útil en el medi
ambient. L'ús de plom, mercuri, cadmi i crom hexavalent estan prohibits en els vehicles i els seus
components, a excepció de certes exempcions publicades en l'annex II de la Directiva. Aquest és
un requisit obligatori pels estats de la Unió Europea (UE), dels Estats membres de la UE i també
es requereix d'Amèrica del Nord, i alguns, els fabricants de vehicles japonesos.
A més, altres requisits legals, com les directives de la UE 2002/95/CE, 2002/96/CE i 2003/11/CE
restringeixen l'ús de determinades substàncies ignífugues: bifenils polibromats (PBB) i
polibromats difenil èters (PBDE). PBB o PBDE no han d'estar presents en els components o
materials subministrats.
Els proveïdors de totes les regions s'asseguraran que tots els components i materials
subministrats, han de complir amb els requisits legals abans esmentats. El proveïdor ha de tenir
en compte tots els aspectes del component o muntatge o material lliurat, i han d'investigar tots
els components de sub-proveïdors, processos, matèries primeres, lubricants, recobriments,
pintures i constituents químics, etc.
Per garantir el compliment dels diversos requisits legals i dels clients, l’empresa exigeix als seus
proveïdors que informin sobre els materials emprats en els seus respectius components. El
Sistema Internacional de Dades de Materials (IMDS) ha estat desenvolupat pels fabricants de
vehicles per recollir i gestionar les dades.
Els proveïdors han de remetre les dades ELV / IMDS necessàries tan aviat com sigui possible
després adjudicació de nous projectes, però en tot cas abans de la presentació PPAP. El
proveïdor com a part de la presentació PPAP ha de proporcionar la confirmació de l'acceptac ió
de les dades ELV / IMDS.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 99 de 135
14. Conclusions
Els resultats obtinguts amb els tests realitzats en prototips i amb les dades que ens aporten els
sistemes de seguiment de la qualitat, podem afirmar que la reducció de coure en el col·lector
suposa una optimització en el seu disseny original, ja que les seves propietats no es veuen
afectades i aquesta modificació en el disseny del conjunt motor suposa la reducció de 0,0065€
en el preu d’un motor.
Des del punt de vista del disseny, aquesta modificació influeix, però de manera insignificant en
paràmetres funcionals del conjunt motor. És a dir, en l’assaig de sobretensió els motors es
comporten millor amb la reducció de coure, mentre que en els punts de funcionament decreix
un 2% el rendiment respecte els de la sèrie. Tots els motors han superat satisfactòriament els
test realitzats segons els criteris d’aprovació estipulats prèviament.
Des del punt de vista producció/qualitat, podem afirmar que no genera cap problema en
l’assemblatge del motor la reducció de coure en el col·lector. Encara que disposant d’eines de
control de la qualitat, si en un futur s’esdevingués alguna anomalia en el procés, es detectaria
abans que el producte final es considerés defectuós.
Així doncs, podem afirmar, que el projecte que modifica l’espessor del col·lector d’un motor de
corrent continu amb escombretes d’excitació independent, reduint en 0,2mm el diàmetre
interior de les delgues de coure, és un projecte que es pot aprova r i homologar perquè pugui
entrar en la línia de producció suposant una reducció de cost sobre el conjunt motor.
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 100 de 135
Bibliografia i Referències Llibres
Màquines elèctriques
A.E. Fitzgerald, Charles Kingsley i Alexander Kusco, “Teoría y análisis de las Máquinas
Eléctricas”, Barcelona: Editorial Hispano Europea, 1984
Oriol Boix, Luis Sainz, Felipe Córcoles y Francisco J. Suelves, ”Tecnología Eléctrica”, Barcelona:
Ediciones Ceysa
Agustín Gutierrez Páucar, “Teoría y análisis de Máquinas Eléctricas”, Lima: Editorial Hozlo
S.R.L., 2001
Jesus Fraile Mora, “Máquinas eléctricas”, Madrid: Editorial McGraw-Hill, 2003
Stephen J. Chapman, “Máquinas eléctricas”, Madrid: Editorial McGraw-Hill, 2005
Moeller, Franz; Kübler, Erwin; Werr, Theodo “Máquinas de corriente continua. Máquinas de
corriente alterna : incluso transformadores”, Barcelona: Editorial Labor, 1961
López Vázquez, José J; Rodríguez Treitero, Antonio; Ruiz González, Antonio; “Máquinas
corriente continua”, Málaga: Universidad de Málaga, Dto. de Ingeniería Eléctrica
Francisco Villaverde, “Motores de corriente continua”, Barcelona: Editorial Gallach, 1934
Dagneaux, Jean; Lully, Roger A, “Electrotecnia: teoría general y máquinas de corriente
continua y de corriente alterna”, Madrid: Editorial Dossat, 1962
Daponte, Julio José, “Máquinas eléctricas para técnicos: introducción a la teoría de la máquina
eléctrica unificada : sistema internacional de unidades”, Buenos Aires: Editorial Mitre, 1985
Electricitat i Camps Magnètics
Johannes G. Lang, “El Campo Eléctrico”, Barcelona: MARCOMBO SA, 1985
Johannes G. Lang, “El Campo Magnético”, Barcelona: MARCOMBO SA, 1990
F. Marín Aloso,”Campos Eléctrico y Magnético” Barcelona: Editorial Alhambra, S.A., 1974
Marcelo Antonio Sobrevilla, “Ingeniería de la energía eléctrica”, Editorial: Ediciones Marymar,
1984
Edward M. Purcell, “Electricidad y Magnetismo”, Barcelona: Editorial Reverté, 1988
Francis W. Sears, “Fundamentos de la Física: Electricidad y Magnetismo”, Madrid: Editorial
Aguilar, 1958
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 101 de 135
William Taussig Scott, “La física de la Electricidad y el Magnetismo “Mejico: Editorial
Continental S.A., 1962
Raymond A. Serway, “Electricidad y Magnetismo”, Madrid: Editorial McGraw-Hill, Tercera
Edición
Recursos digitals
http://www.motorspain.com [Consulta: 4 Juny. 2013]
http://diccionario.motorgiga.com [Consulta: 4 Juny. 2013]
http://www.mcgraw-hill.es [Consulta: 4 Juny. 2013]
http://www.areatecnologia.com [Consulta: 4 Juny. 2013]
http://www.sapiensman.com [Consulta: 4 Juny. 2013]
http://www.endesaeduca.com [Consulta: 4 Juny. 2013]
http://www.asifunciona.com [Consulta: 4 Juny. 2013]
http://www.aficionadosalamecanica.com [Consulta: 4 Juny. 2013]
Altres documents
Formacions internes de l’empresa sobre Motors elèctrics
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 102 de 135
ANNEX 1: DRAWING DEL COLECTOR
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 103 de 135
Annex 2: Seqüència de fabricació del col·lector
1. Alambró 2. Trefilat 3. Trefilat 2
4. Perforar 5. Rentat 6. Assemblatge
7. Modelar 8. Curat 9. Perforació
10. Acabat superficial 11. Mecanitzat 12. Ranures
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 104 de 135
13. Polit 14. Corbar 15. Abrillantar
16. Corbar 17. Polir el ganxo 18. Inspecció de l'aparença
19. Inspecció dimensional 20. Test de Voltatge 21. Inspecció aleatòria
22. Empaquetat
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 105 de 135
Annex 3: Coeficients de l’AMFE
Coeficient de severitat S
Criteris: Client final (usuari) nota Criteris: Flux abans del Client
Degradació del funcionament només
perceptible per un professional dotat
amb medis tècnics
1 Cap influencia sobre les operacions en el
flux de la fabricació
Degradació del funcionament només
perceptible per un conductor
experimentat. El funcionament tèrmic
disminueix lleugerament en les
especificacions
2
Degradació de prestacions ocasionant
problemes ocasionals
3 Efecte menor que l’operari pot detectar
causant tan sols una pertorbació lleugera
sense pertorbar el flux normal de producció
Degradació prestacions ocasionant
problemes permanents
4
Degradació del funcionament sensible o
visible que requereix la intervenció d’un
especialista
5 Pertorbació lleugera del flux.
Degradació del funcionament provocant
la parada de la funció
6 Pertorbació moderada del flux. Alguns
articles defectuosos
Degradació del funcionament provocant
la parada del vehicle i el reemplaçament
del producte (retorn de garantia)
8 Articles defectuosos significatius.
Pertorbació significativa del flux
9 Aturada de la producció (intern o client)
Degradació del funcionament provocant
la pèrdua del control sense avis previ.
Seguritat de les persones (usuaris i
personal) compromès. No conformitat
amb les regulacions de seguretat
10 Seguritat de les persones (usuaris i
personal)
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 106 de 135
Coeficient de Probabilitat de Presencia Po (ocurrència)
criteris Probabilitat d’aparèixer nota
No seria raonable de preveure la fallada 1ppm=1/106 1
Petita fallada respecte el nombre de
productes venuts en projectes semblants
50ppm=1/20000
100ppm=1/10000
2
3
Fallada ocasional observat en projectes
semblants
500ppm=1/2000
1000ppm=1/1000
5000ppm=1/200
4
5
6
Fallada ocasional observada en projectes
semblants
10000ppm=1/100
50000ppm=1/20
7
8
És quasi segur que la fallada apareixerà en
proporcions majors
100000ppm=1/10
500000ppm=1/2
9
10
Probabilitat de la NO detecció Pd (causes i possibles modes de fracàs i
efectes)
Criteris nota
La solució existeix, és estendard, era objecte de les proves d’aprovació i cap
problema en la fabricació
1
La solució és nova, els test van ser realitzats parcialment, però són per
confirmar
5
La solució és nova, res s’ha programat per provar-ho i aprovar-la 10
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 107 de 135
Annex 4: Salt entre delgues
INFORME
Projecte: Nom del test: reducció de coure en el col·lector Extracció de les delgues
Descripció del test
Segons Normativa interna: es el salt que existeix entre una delga i la adjacent
El salt ha de ser menor a 3μm
Criteri d'acceptació
Comparatiu entre nova configuració i la de sèrie
Especificació
Procediment intern
Resultats
1 1,710 11 2,430 21 1,400
2 1,480 12 2,000 22 1,660
3 2,090 13 2,160 23 2,160
4 2,200 14 1,260 24 1,480
5 1,980 15 1,810 25 1,960
6 2,020 16 2,320 26 1,260
7 1,720 17 2,130 27 2,080
8 2,080 18 1,490 28 1,350
9 1,630 19 1,420 29 1,260
10 2,060 20 1,610 30 1,340
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 108 de 135
Annex 5: Resistència mecànica: extracció de la delga
INFORME
Projecte: Nom del test: reducció de coure en el col·lector Extracció de les delgues
Descripció del test
Segons Normativa interna: la força necessària per extreure les delgues de la baquelita. La força ha de ser min 20daN
Criteri d'acceptació
Comparatiu entre nova configuració i la de sèrie
Especificació
Procediment intern
Resultats
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 109 de 135
Annex 6: Punts de funcionament
INFORME
Projecte: Nom del test: reducció de coure en el col·lector Punt de funcionament
Descripció del test
Comprovar que els punt de funcionament no varien
Criteri d'acceptació
Comparatiu entre nova configuració i la de sèrie i no hi ha d’haver una desviació major que el 3%
Especificació
Procediment intern
Resultats
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 110 de 135
CORBES CARACTERÍSTIQUES DEL MOTORS ASSAJATS
Reducció de coure en el col·lector
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 111 de 135
Mostres de la sèrie
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 112 de 135
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 113 de 135
Annex 7: Assaig de Sobretensió
INFORME
Projecte: Nom del test: reducció de coure en el col·lector Sobretensió
Descripció del test
Verificar la que desprès de esdevenir una sobretensió en el motor aquest continua donant el seu punt de treball
Criteri d'acceptació
Comparativa amb el motor en sèrie
Especificació
Procediment intern
Resultats
Punt de funcionament al fre, abans i desprès de la sobretensió
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 114 de 135
Valors registrats durant l’assaig
Figura 69. Valors registrats durant l'assaig de sobretensió part 1, mostra 1
Figura 70. Valors registrats durant l'assaig de sobretensió part 1, mostra 3
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 115 de 135
Figura 71. Valors registrats durant l'assaig de sobretensió part 2, mostra 2
Figura 72. Valors registrats durant l'assaig de sobretensió part 2, mostra 4
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 116 de 135
Annex 8: Assaig de vida
INFORME
Projecte: Nom del test: reducció de coure en el col·lector Assaig de vida
Descripció del test
Verifica el comportament del motor amb un assaig de vida de 1200 hores
Criteri d'acceptació
100% d’acord amb la normativa
Especificació
Procediment intern
Resultats
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 117 de 135
ANNEX 9: Estudi capacitat Salt entre delgues Dades extretes del Test de Producció 1
LSE 3,000
LIE 0,000
1 1,710
2 1,480
3 2,090
4 2,200
5 1,980
6 2,020
7 1,720
8 2,080
9 1,630
10 2,060
11 2,430
12 2,000
13 2,160
14 1,260
15 1,810
16 2,320
17 2,130
18 1,490
19 1,420
20 1,610
21 1,400
22 1,660
23 2,160
24 1,480
25 1,960
26 1,260
27 2,080
28 1,350
29 1,260
30 1,340
MITJANA 1,8003
Cp 1,453 Cpk 1,162
σ 0,344018
Cm 8,720 Cmk 0,872
MÀX. 2,4300
Pp 1,428 Ppk 1,142
MÍN. 1,2600
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 118 de 135
Dades extretes Test de Producció 2
1 2,190
2 1,320
3 1,670
4 1,810
5 1,930
6 1,720
7 1,720
8 2,080
9 1,630
10 2,060
11 2,430
12 2,000
13 2,120
14 1,260
15 1,870
16 2,320
17 2,130
18 2,070
19 1,140
20 1,720
21 1,830
22 1,390
23 1,660
24 1,890
25 1,370
26 1,760
27 1,270
28 2,330
29 1,210
30 1,230
LSE 3,000
LIE 0,000
MITJANA 1,7710
Cp 1,382 Cpk 1,132
σ 0,361795
Cm 8,292 Cmk 0,849
MÀX. 2,4300
Pp 1,359 Ppk 1,113
MÍN. 1,1400
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 119 de 135
Des extretes del Test de Producció 3
1 1,550
2 1,330
3 1,610
4 1,400
5 1,980
6 2,100
7 2,120
8 2,670
9 1,880
10 1,660
11 2,070
12 1,960
13 2,160
14 1,230
15 1,330
16 1,400
17 1,450
18 1,030
19 2,060
20 1,640
21 1,450
22 1,030
23 2,160
24 2,320
25 1,960
26 1,260
27 2,080
28 1,450
29 1,560
30 1,570
LSE 3,000
LIE 0,000
MITJANA 1,7157
Cp 1,255 Cpk 1,075
σ 0,398344
Cm 7,531 Cmk 0,806
MÀX. 2,6700
Pp 1,234 Ppk 1,057
MÍN. 1,0300
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 120 de 135
ANNEX 10: Estudi capacitat Rugositat Col·lector Dades extretes del Test de Producció 1
1 1,023
2 0,930
3 0,870
4 1,000
5 0,960
6 0,840
7 0,890
8 0,770
9 1,050
10 1,060
11 1,040
12 0,870
13 1,020
14 0,980
15 0,870
16 1,040
17 0,830
18 0,870
19 0,920
20 1,010
21 1,070
22 1,080
23 0,910
24 0,940
25 0,880
26 0,970
27 1,030
28 0,980
29 1,000
30 0,970
LSE 1,200
LIE 0,600
MITJANA 0,9558
Cp 1,248 Cpk 1,016
σ 0,080111
Cm 7,490 Cmk 0,762
MÀX. 1,0800
Pp 1,227 Ppk 0,999
MÍN. 0,700
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 121 de 135
Dades extretes del Test de Producció 2
1 0,980
2 0,960
3 0,870
4 0,890
5 0,910
6 1,010
7 0,920
8 0,860
9 0,880
10 1,090
11 1,020
12 0,960
13 0,920
14 0,810
15 0,790
16 1,020
17 0,990
18 0,960
19 0,940
20 0,870
21 0,850
22 1,030
23 1,040
24 0,910
25 0,910
26 0,830
27 0,970
28 0,920
29 1,060
30 0,840
LSE 1,200
LIE 0,600
MITJANA 0,9337
Cp 1,315 Cpk 1,167
σ 0,076047
Cm 7,890 Cmk 0,876
MÀX. 1,0900
Pp 1,293 Ppk 1,148
MÍN. 0,7900
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 122 de 135
Dades extretes del Test de Producció 3
1 0,910
2 1,100
3 0,790
4 0,880
5 0,820
6 0,920
7 0,980
8 0,850
9 0,990
10 1,020
11 1,000
12 0,960
13 0,980
14 0,790
15 1,040
16 0,890
17 1,070
18 0,960
19 0,900
20 0,890
21 0,830
22 1,040
23 0,970
24 0,920
25 0,950
26 1,000
27 0,810
28 0,880
29 0,990
30 0,910
LSE 1,200
LIE 0,600
MITJANA 0,9347
Cp 1,230 Cpk 1,088
σ 0,081270
Cm 7,383 Cmk 0,816
MÀX. 1,1000
Pp 1,210 Ppk 1,07
MÍN. 0,7900
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 123 de 135
ANNEX 11: Estudi capacitat diàmetre exterior Dades extretes del Test de Producció 1
1 29,790
2 29,760
3 29,790
4 29,780
5 29,760
6 29,780
7 29,810
8 29,820
9 29,790
10 29,790
11 29,840
12 29,760
13 29,870
14 29,780
15 29,790
16 29,820
17 29,800
18 29,760
19 29,790
20 29,770
21 29,810
22 29,780
23 29,790
24 29,770
25 29,780
26 29,780
27 29,750
28 29,810
29 29,770
30 29,830
LSE 29,900
LIE 29,700
MITJANA 29,7907
Cp 1,272 Cpk 1,154
σ 0,026196
Cm 7,635 Cmk 0,865
MÀX. 29,8700
Pp 1,251 Ppk 1,134
MÍN. 29,7500
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 124 de 135
Dades extretes de Test de Producció 2
1
29,820
2 29,850
3 29,810
4 29,850
5 29,870
6 29,850
7 29,840
8 29,800
9 29,810
10 29,860
11 29,830
12 29,850
13 29,840
14 29,840
15 29,830
16 29,850
17 29,860
18 29,840
19 29,850
20 29,820
21 29,810
22 29,790
23 29,830
24 29,840
25 29,810
26 29,830
27 29,820
28 29,850
29 29,840
30 29,860
LSE 29,900
LIE 29,700
MITJANA 29,8350
Cp 1,714 Cpk 1,114
σ 0,019451
Cm 10,282 Cmk 0,835
MÀX. 29,8700
Pp 1,685 Ppk 1,095
MÍN. 29,7900
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 125 de 135
Dades extretes de Test de Producció 3
1 29,750
2 29,770
3 29,830
4 29,760
5 29,750
6 29,780
7 29,770
8 29,770
9 29,820
10 29,790
11 29,800
12 29,770
13 29,760
14 29,830
15 29,780
16 29,790
17 29,780
18 29,780
19 29,760
20 29,750
21 29,790
22 29,740
23 29,810
24 29,800
25 29,810
26 29,790
27 29,750
28 29,770
29 29,780
30 29,760
LSE 29,900
LIE 29,700
MITJANA 29,7797
Cp 1,405 Cpk 1,119
σ 0,023732
Cm 8,427 Cmk 0,839
MÀX. 29,8300
Pp 1,381 Ppk 1,100
MÍN. 29,7400
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 126 de 135
Annex 12: Estudi de capacitat de la Resistència de la Soldadura Dades extretes de Test de Producció 1
1 7,300
2 7,800
3 8,100
4 8,800
5 6,400
6 5,900
7 7,800
8 7,400
9 7,200
10 8,900
11 8,500
12 6,800
13 6,200
14 9,000
15 6,300
16 6,800
17 9,800
18 7,700
19 6,900
20 8,200
21 8,500
22 9,100
23 7,200
24 7,600
25 6,800
26 6,600
27 8,100
28 8,400
29 7,500
30 7,400
LSE 15mΩ
LIE 0
MITJANA 7,6333
Cp 2,623 Cpk 2,577
σ 0,953007
Cm 15,740 Cmk 1,932
MÀX. 9,8000
Pp 2,759 Ppk 2,533
MÍN. 5,9000
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 127 de 135
Dades extretes de Test de Producció 2
1 7,600
2 8,900
3 8,600
4 7,500
5 7,900
6 8,800
7 8,800
8 6,300
9 6,900
10 8,900
11 8,000
12 6,500
13 7,400
14 7,400
15 7,600
16 8,300
17 6,100
18 8,300
19 7,600
20 8,900
21 6,900
22 8,500
23 7,900
24 6,200
25 8,300
26 8,700
27 8,200
28 7,300
29 7,200
30 6,800
LSE 15mΩ
LIE 0
MITJANA 7,7433
Cp 2,947 Cpk 2,851
σ 0,848404
Cm 17,680 Cmk 2,138
MÀX. 8,9000
Pp 2,897 Ppk 2,803
MÍN. 6,1000
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 128 de 135
Dades extretes de Test de Producció 3
LSE 15mΩ
LIE 0
1 7,800
2 6,900
3 7,700
4 8,300
5 6,800
6 6,300
7 8,800
8 7,600
9 7,300
10 8,200
11 8,100
12 8,200
13 7,400
14 8,900
15 8,900
16 8,600
17 8,100
18 7,500
19 9,100
20 7,300
21 7,900
22 9,600
23 9,200
24 6,100
25 8,400
26 7,200
27 6,200
28 7,700
29 7,300
30 7,900
MITJANA 7,8433
Cp 2,858 Cpk 2,727
σ 0,874713
Cm 17,148 Cmk 2,045
MÀX. 9,6000
Pp 2,810 Ppk 2,681
MÍN. 6,1000
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 129 de 135
Annex 13: Altres assajos no inclosos en el DVP&R
INFORME
Projecte: Nom del test: reducció de coure en el col·lector Deformació dels ganxos
Descripció del test
Segons Normativa interna: la deformació axial del ganxo ha de ser menor a 0,1mm aplicant una força de 10daN MÍN.
Criteri d'acceptació
100% d’acord amb la normativa
Especificació
Proveïdor
Resultats
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 130 de 135
INFORME
Projecte: Nom del test:
reducció de coure en el col·lector Aixafament dels ganxos
Descripció del test
Segons Normativa interna: la força necessària per aixafar el ganxo ha d’estar entre 35 i 85 daN
Criteri d'acceptació
100% d’acord amb la normativa
Especificació
Proveïdor
Resultats
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 131 de 135
INFORME
Projecte: Nom del test: reducció de coure en el col·lector Esforç d’inserció del eix
Descripció del test
Segons Normativa interna: la força necessari per inserir el eix en el col·lector ha d’estar entre 70 a 250 daN
Criteri d'acceptació
100% d’acord amb la normativa
Especificació
Proveïdor
Resultats
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 132 de 135
INFORME
Projecte: Nom del test: reducció de coure en el col·lector Extracció de les delgues
Descripció del test
Segons Normativa interna: la força necessària per extreure les delgues de la baquelita.
La força ha de ser min 20daN
Criteri d'acceptació
100% conforme amb la normativa
Especificació
Proveïdor
Resultats
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 133 de 135
INFORME
Projecte: Nom del test: reducció de coure en el col·lector Resistència axial d’extracció del eix
Descripció del test
Segons Normativa interna: Esforç necessari per extreure l’eix del col·lector. F>42 daN mín.
Criteri d'acceptació
100% conforme amb la normativa
Especificació
Proveïdor
Resultats
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 134 de 135
INFORME
Projecte: Nom del test: reducció de coure en el col·lector Estabilitat dimensional
Descripció del test
Segons Normativa interna: el col·lector ha se suportar una temperatura de 170 ºC durant 2 hores sense patir cap
deformació i desprès de tornar a la temperatura ambiental ha de tenir un salt entre delgues de 3μm
Criteri d'acceptació
100% conforme amb la normativa
Especificació
Proveïdor
Resultats
REDISSENY I OPTIMITZACIÓ D'UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU MITJANÇANT REDUCCIÓ DE COURE EN EL COL·LECTOR
Página 135 de 135
INFORME
Projecte: Nom del test: reducció de coure en el col·lector Assaig de centrifugat
Descripció del test
Segons Normativa interna: Desprès de escalfar el col·lector 2 hores a 120ºC, el col·lector aguantarà
1000 +/- 200 rpm
1 mini ha de mantenir un salt entre delgues de 3μm
Criteri d'acceptació
100% conforme amb la normativa
Especificació
Proveïdor
Resultats